数字频率计资料设计及制作

1、目录目录 1课程任务务 221.1课课程名 -221.2课课程题目目 -21.3课课程设计计内容 -22技术指标标 222.1技技术指标标 -22.2系系统结构构 -2整体方案案与重点点方案设设计 223.1基基本原理理 -23.2整整体方案案与原理理图 -33.3单单元电路路设计 -333.4重重点设计计电路 -88实物制作作 1004.1 电路图图绘制 -104.2 PCBB设计制制作 -104.3 电路焊焊接 -1004.4 电路调调试 -111总结135.1设设计亮点点 -1135.2问问题及改改进 -1445.3心心得体会会 -114附录 155附录1：电路原原理图 -155附录2：

2、生成PPCB图图 -116附录3：使用元元器件一一览表 -177参考文献献 1881. 课课程任务务1.1 课程程名消费类电电子产品品设计1.2 课程程题目 数字字频率计计的设计计与制作作1.3 课程程设计内内容设计并制制作一种种数字频频率计2. 技技术指标标2.1 技术术指标1频率率测量范范围：110999999Hz2入信信号波形形：任意意周期信信号3输入入信号电电压幅度度：3300mmV4电源源：2220V、50HHz2.2系系统结构构本系统分分为电源源与整流流稳压电电路模块块，全波波整流与与波形整整形电路路模块，分频器器模块，信号放放大和波波形整形形电路模模块，控控制门模模块，计计数器模

3、模块，锁锁存器模模块，显显示译码码器与数数码管显显示模块块。几个个模块各各个都有有自己完完成的相相应的功功能，各各个模块块之间紧紧密结合合起来组组成了整整个数字字频率计计系统。有关各各个模块块的具体体作用将将在方案案设计中中加以介介绍。3 整体体方案与与重点方方案设计计3.1基基本原理理数字频率率计的主主要功能能是测量量周期信信号的频频率。频频率是单单位时间间内信号号发生周周期变化化的次数数。如果果我们能能在给定定的1SS时间内内对信号号波形计计数，并并将计数数结果显显示出来来，就能能读取被被测信号号的频率率。数字字频率计计首先必必须获得得相对稳稳定与准准确的时时间，同同时将被被测信号号转换成

4、成幅度与与波形均均能被数数字电路路识别的的脉冲信信号，然然后通过过计数器器计算这这一段时时间间隔隔内的脉脉冲个数数，将其其换算后后显示出出来。按按照这个个基本原原理，我我们可以以设计这这个数字字频率计计。3.2整整体方案案原理图图被测信号信号放大显示译码器计数器4位LED显示波形整形分频器控制门数据锁存器波形整形整流稳压电源全波整流图1整整体方案案原理图图3.3单单元电路路设计1.电源源与整流流稳压电电路框图中的的电源采采用500Hz的的交流市市电。市市电被降降压、整流流、稳压压后为整整个系统统提供直直流电源源。具体实现现电路如如下图所所示：图2电电源与整整流稳压压部分原原理图我们采用用9V变

5、变压器对对2200V市电电进行降降压，后通通过四个个IN440077整流二二极管组组成的全全桥整流流对交流流电进行行整流，后经过过一个110000uf的的极性电电容进行行滤波，之后通通过三端端稳压器器L78805进进行稳压压，后在在经过一一1000uf电电容再次次滤波，最后可可以得到到较稳定定的5VV电压，给整个个系统供供电。我我们把此此模块作作为重点点设计电电路部分分，具体体的分析析详见33.4重重点设计计电路部部分。2.全波波整流与与波形整整形电路路本频率计计采用市市电频率率作为标标准频率率，以获获得稳定定的基准准时间。全波整整流电路路首先对对50HHz交流流市电进进行全桥桥整流，得到11

6、00HHz的全全波整流流波形。波形整整形电路路对1000Hzz信号进进行整形形，使之之成为1100HHz的矩矩形波。我们设计计的具体体电路如如下：图3全全波整流流与波形形整形电电路部分分原理图图我们通过过四个整整流二极极管进行行全桥整整流，整整流后的的波形如如下图所所示：图4交交流电通通过整流流二极管管整流后后的波形形图后我们通通过INN47333稳压压二极管管进行稳稳压保护护，后通通过施密密特反相相器744HC114进行行整形，整形后后的波形形为1000HZZ的矩形形波，波波形如下下图所示示：图5经经IN447333稳压后后的波形形图3.分频频器分频器对对1000Hz信信号进行行1000分频

7、得得到周期期为1SS的脉冲冲信号。然后再再进行二二分频得得到占空空比为550%脉脉冲宽度度为1SS的方波波信号，由此获获得测量量频率的的基准时时间。利利用此信信号去打打开与关关闭控制制门，可可以获得得在1SS时间内内通过控控制门的的被测脉脉冲的数数目。具体实现现电路如如下：图6分分频器电电路部分分原理图图我们采用用7位二二进制计计数器CCD40024作作为分频频器对应应的Q77，Q66，Q33接三输输入与门门对整形形后的信信号进行行1000分频，分频后后 波形形如下图图所示：图7 分频频器的输输出波形形图然后，我们采采用双上上升沿JJK触发发器CDD40227在对对信号进进行二分分频后得得到占

8、空空比为550%，脉冲宽宽度为11s的方方波信号号（即00.5HHz，占占空比为为50%的方波波）。由由此获得得测量频频率的基基准时间间去打开开或关闭闭控制门门电路。4.信号号放大、波形整整形电路路通过信号号放大和和波形整整形电路路将被测测信号进进行放大大与整形形处理，使之成成为能被被计数器器有效识识别的脉脉冲信号号，能够够被计数数器识别别进行计计数。具体实现现电路如如下图所所示：图8信信号放大大、波形形整形电电路部分分原理图图我们采用用了高增增益单运运算放大大器uAA7411对输入入信号进进行放大大，在信信号的正正向输入入，我们们通过22个1kk电阻进进行分压压，使得得信号的的基准电电压从0

9、0V提升升到2.5V左左右，这这样对测测量的信信号的负负半周也也可以放放大，保保证了信信号放大大后的稳稳定性，我们采采用施密密特反相相器744HC114对放放大后的的信号进进行整形形，得到到我们需需要的可可以测量量的方波波信号。起输入入的波形形和经过过整形后后的波形形分别如如下图所所示：图9输输入波形形图 图100 整整形后的的波形图图5.控制制门控制门用用于控制制输入脉脉冲是否否送计数数器计数数。此处处采用与与门来实实现。当当秒信号号为正时时进行计计数，为为负时进进行锁存存显示。具体实现现电路如如下图所所示：图11控制门门部分原原理图 JKK触发器器的输出出端Q和和Q分分别接到到计数时时能的

10、与与门输入入端和锁锁存清零零的与门门输入端端，并且且通过全全波整流流与波形形整形电电路的输输出端相相与，使使其有尽尽5mss左右的的锁存延延时，保保证锁存存的正常常进行，保证了了数据的的稳定性性。6.计数数器计数器的的作用是是对输入入脉冲计计数。本本实验要要求测量量上限为为99999Hzz，需采采用4位位十进制制计数器器。具体电路路如下：图12计数器器部分原原理图 这里里我们采采用了两两片双BBCD加加计数器器CD445188分别对对个十百百千位进进行计数数，通过过而输入入与门774HCC08作作为进位位控制的的标志。7.锁存存器在1S内内计数器器的计数数结果经经锁定后后获得稳稳定的值值送显示

11、示译码器器。锁存存器采用用一般的的8位并并行输入入寄存器器。图13锁存器器部分原原理图我们选用用了常用用的八上上升沿DD触发器器作为锁锁存器对对测量的的数据进进行锁存存显示，此部分分电路比比较简单单。8.显示示译码器器与数码码管显示示显示译码码器将用用BCDD码表示示的100进制数数转换成成数码管管正常显显示的段段信号以以获得数数字显示示。本实实验采用用共阴极极数码管管。具体实现现电路如如下：图13显示译译码电路路部分原原理图此电路我我们采用用了7段段BCDD锁存译译码驱动动器CDD45111对数数据进行行译码显显示，最最后使测测量的数数据显示示到数码码管上。3.4重重点设计计电路（电源部部分

12、）我们选择择了电源源部分电电路作文文本次课课程设计计的重点点设计电电路部分分，我们们将对此此部分电电路做详详细讲解解。 此部部分电路路图如下下图所示示：图14电源部部分原理理图电源部分分我们采采用了550Hzz的交流流市电，经过变变压器降降压，通通过四个个IN440077组成全全桥整流流，再经经过电容容滤波，后经过过LM778055稳压，稳压之之后再次次经过整整流后即即得到较较稳定的的5V电电压。以下我们们来分析析各部分分电路的的主要作作用和参参数：被降压的的市电通通过整流流后得到到的波形形：图15电源部部分原理理图 2、整整流波形形通过电电容滤波波后得到到的波形形：图16电源部部分原理理图

13、3、经经过L778055三端稳稳压器稳稳压后的的波形：图17电源部部分原理理图通过计算算可知通通过整流流桥后的的电压值值U1 0.9 UUi(UU1表示示二极管管整流后后的电压压，Vii表示变变压器降降压后的的电压)，在滤滤波电容容满足RRL （35）TT/2的的情况下下，滤波波后的电电压Uoo = 1.22Ui（Uo表表示电容容滤波后后的电压压）。通过波形形我们可可以看到到电路的的每个元元器件的的功能和和作用，此电路路具有电电路简单单，稳定定性高，调试简简单等一一系列的的有点。但是值值得注意意的是LL78005输入入输出端端的压降降不要太太大，否否则 可可能导致致L78805发发热量过过大。

14、，影响系系统的稳稳定性。实物制作作结论4.1 电路路图绘制制在实物制制作之前前，我们们要绘制制电路的的原理图图和PCCB图，我们采采用了电电路图设设计软件件Prootell 999SE绘绘制原理理图和PPCB，首先我我们要对对我们电电路中的的元件绘绘制原理理图封装装和PCCB封装装，我们们均采用用自己画画的封装装，可以以把自己己画的所所有封装装集成在在一个库库里供今今后使用用。画好好了封装装图，我我们便开开始画作作品的原原理图，由于我我们对整整个实物物理论比比较熟悉悉，有了了自己画画的封装装图我们们画起来来会比较较简单，但是我我们需要要细心防防止电路路中有断断路，短短路或者者连线网网络标号号设

15、置错错误现象象，因为为如果画画的电路路有较大大问题的的话，对对我们后后面的测测试将会会产生比比较大的的困难。设计完完成的电电路原理理图见附附录1。4.2 PCCB设计计制作画好了原原理图，我们要要进行EERC检检查，在在有条件件的情况况下最好好能够进进行计算算机仿真真，确保保电路的的万无一一失，因因为一旦旦PCBB成型后后送厂制制板后是是很难修修改的，下面是是我们在在计算机机做的仿仿真图：图18 数字字频率计计的计算算机仿真真图 在仿仿真无误误的情况况下，我我们开始始对我们们原理图图生成的的PCBB图进行行布线布布局，在在布局，设计完完成的PPCB设设计版图图见附录录2。在在完成PPCB的的设

16、计，检查无无误的情情况下我我们便可可以把绘绘制的PPCB发发送到专专业的PPCB制制板厂进进行制板板了。4.3 电路路焊接PCBB送往制制板厂制制版的同同时，我我们便要要根据我我们的封封装购买买元器件件，整个个元器件件列表见见附录33，在元元器件和和PCBB都拿到到手之后后，我们们要对我我们所用用的元器器件进行行检测，确保每每个元器器件完好好无误。接下来来我们要要做的便便是电路路的焊接接，个人人觉得电电路的焊焊接由以以下几点点需要注注意：元件最好好是从低低到高，先焊接接那先电电阻二极极管再到到PICC插槽芯片先不不要急于于插到电电路上，我们可可以先把把IC插插座焊接接好，电电源部分分焊好先先通

17、电测测试，确确保电压压在5VV之后便便短接AA处再断断电插芯芯片。焊接好的的电路如如下图所所示：图19 焊接接好后的的电路图图和实物物图电路调试试按道理来来说，电电路调试试是和焊焊接一起起进行的的。我们们要进行行的测试试项目如如下：电源测试试电源电路路和变压压器焊接接好了之之后，我我们便可可以测量量电源电电压是否否稳定了了，用万万用表的的电压档档测量PP1和GGND间间的电压压，经测测量，电电压为55.088V，满满足要求求，在固固定范围围内。于于是我们们可以短短接A点点，插上上74HHC144开始检检测基准准时间信信号。基准时间间信号波波形检测测我们用示示波器测测量P55点的波波形，我我们发

18、现现没有我我们需要要的1000Hzz的方波波输出，仅仅只只有一条条高电平平。我们们测量整整流桥后后的波形形，1000Hzz的波形形，幅度度9.88V。波波形如下下：图20 基准准信号整整流后的的波形图图分析原因因：可能能是变压压器输出出的电压压过高，稳压55V之后后电压跳跳变过快快，施密密特触发发器有一一段时间间的滞留留，导致致没有发发挥功能能。解决方案案：我们们把5VV的稳压压二极管管换成了了1.22K欧左左右的电电阻,进进行直接接分压这这样输入入施密特特的波形形应该会会更稳定定，更换换之后我我们继续续测量施施密特输输出端的的波形如如下：图21 1000Hzz基准信信号波形形图是标准的的10

19、00Hz方方波，正正常，问问题解决决。接下下来我们们检测秒秒信号输输出。秒信号检检测我们用示示波器测测量P22点的波波形，我我们发现现输出的的波形不不是标准准的0.5Hzz，占空空比为550%的的方波。于是我我们继续续测量PP7的波波形，发发现输出出的波形形没有11Hz，只有接接近9220Hzz左右。我们继继续测分分频器输输入端的的信号，1000Hz正正常。分析原因因：可能能是CDD40224分频频器分频频的问题题，没有有达到一一百分频频，可能能是分频频电路有有短路或或者芯片片故障。解决方案案：经检检测电路路一切正正常，我我们尝试试着换了了片不同同型号的的CD440244芯片，秒信号号正常，问

20、题解解决。接接着我们们测量输输入信号号端的波波形。输入信号号检测我们从输输入端输输入一正正弦波形形，波形形如下：图22 输入入的正弦弦波下图图我们测量量放大后后的波形形，如下下图所示示：图23 放大大器放大大后的波波形图我们接着着测量PP4端整整形后的的波形，如下图图所示：图24 输入入信号整整形后的的波形图图经检测一一切正常常，于是是我们接接通B，C点插插上其他他芯片继继续检测测计数器器，锁存存器，译译码器等等部分电电路。计数器，锁存器器，译码码器等部部分检测测我们插上上所有芯芯片后，同上电电，技频频率计一一切正常常，所以以证明这这部分电电路没有有问题，但是我我们发现现数码管管的亮度度比较亮

21、亮。且LL78005有发发热迹象象。分析原因因：电路路中，特特别是数数码管中中通过的的电流过过大，导导致数码码管过量量和三端端稳压片片发热，经检测测数码管管的共阴阴端没有有接线流流电阻。解决方案案：在数数码管的的共阴端端接上4470电阻，再次通通电，问问题解决决。经过一系系列的测测试调试试，最后后数字频频率计制制作成功功。结论5.1设计亮亮点本系统的的设计亮亮点在于于电路知知识涉及及面较广广，涵盖盖数模电电和电路路知识等等一系列列指示点点，且着着重于培培养实践践与理论论知识的的相互融融合。系系统难易易程度相相当，对对于学生生来说，能一定定程度上上锻炼学学生的动动手能力力，对学学过的知知识也是是

22、一种巩巩固。在设计上上，本系系统采用用市电550Hzz的市电电作为基基准频率率是本设设计的一一大亮点点，不需需要额外外的时钟钟产生电电路，且且信号稳稳定。减减少了是是时钟产产生电路路，是电电路设计计更加简简洁。5.2问题及及改进此次电路路虽然设设计努力力确保不不出问题题，但是是由于理理论和实实践，始始终有差差别，加加上仿真真与实际际电路的的误差，和自己己设计上上的粗心心大意，还是出出现了以以下问题题，下面面就问题题和解决决改进方方案如下下：由于变压压器输出出的电压压过高，倒是稳稳压管稳稳压后的的波形失失真过大大导致施施密特没没有锯齿齿波输出出，解决决方法是是把稳压压管换成成1-11.5KK左右

23、的的电阻尽尽可能的的不要让让幅度变变化过快快。数码管的的二极管管不能通通太大电电流，否否则可能能导致电电流过大大烧坏二二极管，解决办办法是在在共阴极极端串上上限流电电阻。5.3心得体体会在整个电电路的设设计制作作过程中中我们学学习到了了许许多多多，从从理论设设计到实实物制作作，每一一个过程程都让我我们受益益匪浅，将近一一个月的的课程设设计，巩巩固了我我们曾今今学过的的理论知知识，也也提高了了我们的的动手实实践能力力。在课课程设计计的工程程中我们们也发现现了一些些问题和和不足。在设计过过程中让让我们知知道，理理论是实实验的基基石，但但是，理理论成功功的电路路实际上上不一定定可行，所以让让我们知知

24、道，作作为一名名电子学学生，不不断加强强实践是是需要的的，只有有通过一一定的实实践才能能锻炼能能我们对对理论知知识的理理解，巩巩固理论论知识，但又不不盲目接接受。在这样的的课程设设计课中中，我们们学习到到了很多多很多书书本上没没有的知知识，但但是这对对于我们们以后的的生活和和学习却却有着很很大哦的的用户，不仅仅仅是增强强了我们们的实践践动手能能力，而而且培养养了我们们的创新新净胜。当然，也让我我们认识识到了我我们还有有很多不不足，需需要在今今后的学学习过程程中不断断的加强强提高。结论附录1 数字字频率计计电路原原理图附录2 数字字频率计计PCBB设计图图附录3：使用元元器件一一览表（序号、名称

25、、型号、规格、数量、备注）序号名称型号规格数量备注01PCB板板Y-1558412.77cm*9cmm1自制027段共阴阴数码管管SM422050.566incch4显示部分分03CD45511HEF445111BFDIP1164译码器0474HCC374474HCC3744NDIP2202锁存器0574HCC1174HCC11AAPDIP1141三3输入入与门0674HCC14SN744HC114NDIP11416施密特特反相器器07CD40027CD40027CCNDIP1161双上升沿沿JK触触发器08CD40024CD40024BBEDIP11417位二进进制计数数器09CD45518CD45518BBEDIP1162双BCDD加计数数器1074HCC08SN744HC008NDIP1141四2输入入与门11uA7441uA7