《電工與電子技術基礎》課程設計報告長安大學.doc

電工與電子技術基礎課程設計報告 題 目 學院（部） 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 6 月 4日至 6 月 14日 共 1 周 指導教師（簽字） 目錄課程設計部分.312 主要技術指標和要求.3 方案討論.3 頻率測量方案選擇.5 總體電路圖.7 工作過程.8 單元電路設計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算.8 材料清單.14 參考文獻.15參考資料部分.1646 IN4728.16 74LS290.21 74LS175.26 74LS93.27 74LS48.40 74LS74.43 74LS08.45評語.47簡易數(shù)字頻率計主要技術指標和要求：（1） 被測信號的頻率范圍100Hz10KHz；（2） 輸入信號為正弦信號或方波信號：（3） 四位數(shù)碼管顯示所測頻率，并用發(fā)光二極管表示單位；* (4)具有超量程報警功能。摘要在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，數(shù)字頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品，是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。本課題主要選擇以集成芯片作為核心器件，設計了一個簡易數(shù)字頻率計，以觸發(fā)器和計數(shù)器為核心，由信號輸入、隔直，觸發(fā)、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示等功能模塊組成。放大整型電路：對被測信號進行預處理；閘門電路：由D觸發(fā)器構成一個秒信號，攫取單位時間內(nèi)進入計數(shù)器的脈沖個數(shù)；時基信號：產(chǎn)生一個秒信號；計數(shù)器譯碼電路：計數(shù)譯碼集成在一塊芯片上，計單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)，把十進制計數(shù)器計數(shù)結果譯成BCD碼；顯示：把BCD碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。設計中采用了模塊化設計方法，采用適當?shù)姆糯蠛驼?，提高了測量頻率的范圍。方案討論一、 頻率測量原理與方法對周期信號的測量方法，常用的有下述幾種方法。1、 測頻法（M法）對頻率為f的周期信號，測頻法的實現(xiàn)方法，是用以標準閘門信號對被測信號的重復周期數(shù)進行計數(shù)，當計數(shù)結果為N時，其頻率為：f1=N1/TGTG為標準閘門寬度，N1是計數(shù)器計出的脈沖個數(shù)，設在TG期間，計數(shù)器的精確計數(shù)值為N，根據(jù)計數(shù)器的技術特性可知，N1的絕對誤差是N1=N1,N1的相對誤差為&N1=N1-N/N=N1-N/N=1/N,由N1的相對誤差可知，N（或N1）的數(shù)值愈大，相對誤差愈小，成反比關系。因此，在f已確定的條件下，為減小N1的相對誤差，可通過增大TG的方法來降低測量誤差。但是，增大TG會使頻率測量的響應時間長。當TG為確定值時(通常取TG=1s)，則有f=N，固有f1的相對誤差：由上式可知，f1的相對誤差與f成反比關系，即信號頻率越高，誤差越?。欢盘栴l率越低，則測量誤差越大。因此，M法適合于對高頻信號的測量，頻率越高，測量精度也越高。2、 側周法（T法）首先把被測信號通過二分頻，獲得一個高電頻時間和低電平時間都是一個信號周期T的方波信號；然后用一個已知周期的高頻方波信號作為計數(shù)脈沖，在一個信號周期T的時間內(nèi)對此高頻信號進行計數(shù)。若在T時間內(nèi)的計數(shù)值為N2,則有 N2的絕對誤差為N=1N2的相對誤差為 從T2的相對誤差可以看出，周期測量的誤差與信號頻率成正比，而與高頻你標準計數(shù)信號的頻率成反比。當fosc為常數(shù)時，被測信號頻率越低，誤差越小，測量精度也就越高。3、 T/M法T/M法測量是采用兩個計數(shù)器，分別對被測信號f和高頻信號進行計數(shù)，T/M法的測量原理圖如圖在確定的檢測時間內(nèi)，若對被測信號f的計數(shù)值為N1，而對高頻信號fosc的計數(shù)值為N2.但對fosc信號的計數(shù)，必須直到f信號在第一個計數(shù)器停止計數(shù)后的一個完整的f信號周期。由此可得，N1個f信號周期的時間為T2=N2xTosc，故每個f信號周期的時間為T3=N2xTosc/N1，則有f3=1/T=N1/N2xTosc=N1xfosc/N2T3的相對誤差為（公式）由T3的相對誤差可知，T/M發(fā)測量的誤差與信號頻率成正比，與高頻標準信號的頻率成反比，但隨f的增大，N1也在增大（在一定的檢測時間內(nèi)）。由上式還可以看出，T3的相對誤差實際上是由M法誤差f/fosc兩部分組成。頻率測量方案選擇根據(jù)性能和技術指標的要求，首先需要確定能滿足這些指標的頻率測量方法。有上述對各種方法的討論可知， M法是在給定的閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù)，進行換算得出被測信號的頻率。這種測量方法的測量精度取決于閘門時間和被測信號頻率。當被測信號頻率較低時將產(chǎn)生較大誤差，除非閘門時間取得很大。所以這種方法比較適合測量高頻信號的頻率。T法是通過測量被測信號的周期然后換算出被測信號的頻率。這種測量方法的測量精度取決于被測信號的周期和計時精度，當被測信號頻率較高時，對計時精度的要求就很高。這種方法比較適合測量頻率較低的信號。M/T法具有以上兩種方法的優(yōu)點，它通過測量被測信號數(shù)個周期的時間然后換算得出被測信號的頻率，可兼顧低頻與高頻信號，提高了測量精度。M/T法雖然結合了M法和T法各自的優(yōu)點，在高、低頻測量中都能得到較高精度，但MIT法在M法、T法的切換頻率點處存在較大誤差，且測量時問波動較大。因此此設計用頻率測量方法是測頻法。原理框圖 總體電路圖工作過程1放大整形電路任意形式信號經(jīng)過電壓比較器放大整形變成方波信號，和脈沖信號一起控制與門的開啟與關閉，2分頻器先通過74LS93進行8分頻，在通過74LS290的分頻功能實現(xiàn)十分頻。經(jīng)過若干個十分頻，將信號分為千赫茲百赫茲直到一赫茲，3計數(shù)寄存譯碼經(jīng)過分頻后的方波信號進過與門進入計數(shù)器進行計數(shù)，74LS290十進制計數(shù)器實現(xiàn)計數(shù)這一功能，與74LS175實現(xiàn)寄存對計數(shù)器所記信號脈沖的個數(shù)進京鎖存，便于讀數(shù)，再由74LS48進行譯碼，將二進制代碼按其編碼時原意譯成七個輸出信號 4顯示電路利用BS201 LED顯示器顯示所計頻率的大小單元電路設計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算一、 放大整形電路此設計選用電壓比較器來對被測信號進行放大整形，電路圖如圖，在反相輸入端接地，在同相輸入端輸入被測信號，在比較器的輸入端進行模擬信號大小的比較，在輸出端則以高電平或低電平來反映比較結果。輸出波形圖如圖二、74LS290的外引腳排列圖和功能表如圖74LS290功能表輸入輸出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)CPQDQCQBQA110XX000011X0X0000XX11X1001X0XX計數(shù)0X0X計數(shù)0XX0計數(shù)X00X計數(shù)由表可知，該計數(shù)器的主要功能有：清零：當異步清零端R0(1)、R0(2) 為高電平，且置9端R9(1)、R9(2) 中有一個為低電平時，計數(shù)器清零，即QDQCQBQA=0000置9：當R9(1)、R9(2) 均為高電平時，不管其他輸入端狀態(tài)如何，計數(shù)器置9，即QDQCQBQA=1001計數(shù)：當R0（1）、R0(2) 中有一個和R9(1)、R9(2) 中有一個同時為低電平時，計數(shù)器在CP脈沖下降沿作用下進行技術操作。 74LS290管腳圖三、74LS48的外引腳排列圖和功能表如圖74LS48功能十進制輸入輸出DCBAabcdefg01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110011101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000消影滅XXXXXX00000000零輸入1000000000000燈測試0XXXXX11111111由表可知，74LS48具有以下特點：1、 消影（也叫滅燈）。只要接疊低電平，則無論其他各輸入端為何狀態(tài)，所有各端輸入ag均為低電平，顯示器整體不亮。2、 當要求輸入數(shù)字015時，消影輸入應為高電平。如果不要滅十進制數(shù)0，則滅0輸入必須接高電平。3、 測試功能。當燈測試輸入接低電平，并且保持高電平時ag各端輸入各位高電平，顯示器顯示數(shù)字“8”。利用這一點?？捎脕頇z查顯示器的好壞。四、 D觸發(fā)器CPDQn+1CPDQn+101QnQn0101該觸發(fā)器的特點如下CP=0或CP=1期間，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)均保持不變；只有在CP由0變?yōu)? 時Q端才能跟著D輸入端變化；五、74LS175外引腳排列圖和功能表如圖其中,RD是異步清零控制端。在往寄存器中寄存數(shù)據(jù)或代碼之前，必須先將寄存器清零,否則有可能出錯。1D4D 是數(shù)據(jù)輸入端,在CP 脈沖上升沿作用下，1D4D端的數(shù)據(jù)被并行地存入寄存器。輸出數(shù)據(jù)可以并行從1Q4Q 端引出，也可以并行從1Q4Q 端引出反碼輸出六、74LS93在此設計中用74LS93作為8分頻分頻器材料清單元件數(shù)量穩(wěn)壓管IN4728 3V 1芯片 74LS93 1芯片 74LS175 4芯片 74LS48 4D觸發(fā)器芯片 74LS74 1顯示管 BS201 4