1、陜 西 科 技 大 學(xué) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 職教機(jī)電112 班級(jí) 學(xué)生 喬清秀 題目： 簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)從 2013 年 06 月 17 日起到 2013 年 07月 08 日 具體要求如下： 1. 測(cè)頻范圍為09999Hz，精度為1Hz； 2. 用數(shù)碼管顯示測(cè)頻結(jié)果； 3. 當(dāng)信號(hào)頻率1MHz時(shí)，設(shè)有超量程顯示。 發(fā)揮部分：擴(kuò)大頻率計(jì)的測(cè)頻范圍，設(shè)計(jì)超量程換檔。 說明：在輸入正弦波信號(hào)峰值為100mV的情況下進(jìn)行測(cè)試 。 主要參考元器件：74HC160，74HC00/32，CD4511, NE5532/TL082， CD

2、4060和32768Hz晶體振蕩器。 陜西科技大學(xué) 課程設(shè)計(jì)成績(jī)考核表課程設(shè)計(jì)名稱： 簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)電112 學(xué)號(hào)： 姓名喬清秀 下表由指導(dǎo)教師按實(shí)際情況進(jìn)行填寫：考核內(nèi)容所占比例得分設(shè)計(jì)方案15說明書15圖紙、程序、計(jì)算、作品等的完成質(zhì)量30創(chuàng)新與發(fā)揮情況10答辯（口試）情況20出勤率10指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)總評(píng)成績(jī)?cè)u(píng)定等級(jí)成績(jī)與等級(jí)對(duì)應(yīng)表優(yōu)90100良8089中等7079及格6069不及格59分以下指導(dǎo)教師簽字： 教研室主任簽字： 2013 年7 月 7 日數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)說明書題目： 簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 喬清秀 學(xué) 號(hào)： 院 （系）： 職業(yè)技術(shù)學(xué)

3、院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 張俊濤 2013年7月6日目 錄1. 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求22. 概述23. 方案設(shè)計(jì)與論證24. 單元電路設(shè)計(jì)與分析4 4.1放大整形電路設(shè)計(jì) 4 4.2時(shí)基電路設(shè)計(jì) 5 4.3控制電路的設(shè)計(jì) 6 4.4計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路設(shè)計(jì)85. 總原理圖及元器件清單96. 設(shè)計(jì)小結(jié) 107. 參考文獻(xiàn)12第一章 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求設(shè)計(jì)一個(gè)能夠測(cè)量正弦波信號(hào)頻率的電路。具體要求如下： 1. 測(cè)頻范圍為09999Hz，精度為1Hz； 2. 用數(shù)碼管顯示測(cè)頻結(jié)果； 3. 當(dāng)信號(hào)頻率1MHz時(shí)，設(shè)有超量程顯示。 發(fā)揮部分：擴(kuò)大頻率計(jì)的測(cè)頻范圍，設(shè)計(jì)超量

4、程換檔。 說明：在輸入正弦波信號(hào)峰值為100mV的情況下進(jìn)行測(cè)試 。 主要參考元器件：74HC160，74HC00/32，CD4511, NE5532/TL082， CD4060和32768Hz晶體振蕩器。 第二章 概 述通過放大整形電路使被測(cè)信號(hào)放大產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，并與時(shí)基電路一塊控制計(jì)數(shù)器的開或關(guān)，時(shí)基電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)加到控制電路，控制電路再生鎖存信號(hào)，加到鎖存電路上，然后經(jīng)過一個(gè)反相器，產(chǎn)生清零信號(hào)，加到計(jì)數(shù)器的清零端。當(dāng)計(jì)數(shù)完畢時(shí)，鎖存器作用，將數(shù)鎖住，并加到譯碼器上，經(jīng)過譯碼后顯示在LED數(shù)碼管上，一共有四個(gè)數(shù)碼管，使量程達(dá)到了9999。開始時(shí)，先清零，然后時(shí)基電路和放大整形電路

5、一塊作用開始計(jì)數(shù)，當(dāng)時(shí)基電路產(chǎn)生低電位時(shí)，計(jì)數(shù)器停止工作，鎖存器開始工作，將數(shù)送到譯碼電路，通過譯碼，將數(shù)顯示在數(shù)碼管上。然后，在下一個(gè)信號(hào)到來時(shí)，先清零然后繼續(xù)上述操作。第三章 方案設(shè)計(jì)與論證頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制來顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它可以測(cè)量正弦波、方波和三角波的頻率。利用施密特觸發(fā)器將輸入信號(hào)整形為方波，并利用計(jì)數(shù)器測(cè)量1s內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，利用鎖存器鎖存，穩(wěn)定顯示在數(shù)碼管上，以及控制電路對(duì)鎖存的清零。3.1設(shè)計(jì)原理頻率，即是周期信號(hào)在單位時(shí)間（1S）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率就可以表示：圖2-1即為數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖。被測(cè)信號(hào)

6、經(jīng)過放大整形將其轉(zhuǎn)換成同頻率的脈動(dòng)信號(hào)。時(shí)基信號(hào)發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)譯碼顯示電路由計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼器和LED顯示器構(gòu)成。它對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示。閘門電路由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號(hào)來到時(shí)，閘門開通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過閘門送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。秒信號(hào)結(jié)束時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)?？刂齐娐酚?jì)數(shù)譯碼顯示放大整形時(shí)基信號(hào)發(fā)生器圖3-1 數(shù)字頻率計(jì)原理框圖3.2整體電路設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)由時(shí)基電路、控制電路、閘門電路、計(jì)數(shù)鎖存電路、脈沖形成電路和譯碼顯示電路組成。計(jì)數(shù)器鎖存器控制電路放大整形時(shí)基電路譯碼器顯示器邏輯控制電路圖3-2 數(shù)字頻率計(jì)整體框圖被測(cè)信號(hào)經(jīng)過放大整形電路變成方波信號(hào)

7、，其周期與被測(cè)信號(hào)的周期是一樣的。實(shí)際電路輸出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)即為閘門信號(hào)。閘門時(shí)間設(shè)置為1S，計(jì)數(shù)器記得的脈沖即為被測(cè)信號(hào)的頻率。但在每次計(jì)數(shù)之前需對(duì)計(jì)數(shù)器清零，每次計(jì)數(shù)完成之后要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。如圖3-3為工作時(shí)序波形圖。圖3-3 工作時(shí)序波形圖第四章 單元電路設(shè)計(jì)與分析4.1放大整形電路設(shè)計(jì)放大整形電路由三極管及電阻構(gòu)成的幅度擴(kuò)展電路和555構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路構(gòu)成整形電路，如圖4-1所示。三極管D1、D2及電阻R1、R2、R3構(gòu)成信號(hào)幅度擴(kuò)展電路，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度擴(kuò)展。用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器作用是將輸入的周期信號(hào)，如正弦波、三角波或其他成周期性變化的波形變換成脈沖波形，

8、其周期不變。圖41放大整形電路4.2時(shí)基電路設(shè)計(jì)時(shí)基電路的作用是控制計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（1s正脈沖）到來時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器無脈沖輸入。時(shí)基電路可以由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)，將555定時(shí)器的閾值輸入端THR和觸發(fā)輸入端TRI的非相連對(duì)地接電容C7，對(duì)電源VCC接電阻 R5和R6，放電端DIS和R5、R6相連，R6為放電回路中的電阻，這樣便組成了多謝振蕩器。R5、R6和C7為定時(shí)元件，如圖4-2所示。接通電源前，電容C7上的電壓為零。接通電源后，VCC 經(jīng)電阻R5、R6對(duì)電容C7充電，電容C兩端電壓上升，當(dāng)大于等于(2/3)VCC時(shí)，比較器C5和C7輸出R=1、S=0，觸

9、發(fā)器置零，Q=0，輸出電壓越到低電平UOL。同時(shí)，V導(dǎo)通，C7經(jīng)R6和V放點(diǎn)，電容C7上電壓隨之減小。當(dāng)電容上電壓小于等于（1/3）VCC時(shí)，比較器輸出R=0、S=1，觸觸發(fā)器置一，Q=1，輸出電壓由低電平越變到高電平，這時(shí)，V截止，電源VCC又經(jīng)R5、R6對(duì)C7充電。電容C7周而復(fù)始地充電和放電便產(chǎn)生了振蕩。多諧振蕩器的振蕩頻率為f=（1/（0.7*（R5+2R6）。 圖42時(shí)基電路4.3控制電路的設(shè)計(jì)控制電路可以由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路來構(gòu)成，將555定時(shí)器的TR的非端作為觸發(fā)信號(hào)電壓的的輸入端，同時(shí)將放電端DIS和與值輸入端TH相連后和定時(shí)元件R4、C4相連，通過R4接電源VCC，通過

10、C4接地，便組成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。其中，R4、C4為定時(shí)元件，如圖4-3所示。其工作原理是：1.穩(wěn)定狀態(tài)，在沒有輸入負(fù)躍變的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，輸入電壓為高電平，它大于（1/3）VCC.接通電源前電容C4上電壓約為零。接通電源VCC時(shí)，電路有一個(gè)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的過程。這時(shí)VCC經(jīng)電阻R4對(duì)電容C4充電，電容C4兩端的電壓隨之上升。當(dāng)此電壓大于等于（2/3）VCC時(shí)，比較器C1輸出R=1。由于輸出電壓大于（1/3）VCC，比較器C2輸出S=0，觸發(fā)器置零，Q=0，G3輸出高電平，V導(dǎo)通，電容C4經(jīng)V迅速放完電，電容C4兩端電壓約為零，輸出電壓為低電平。因此R=0，S=0，觸發(fā)器保持0狀態(tài)不變，電路處于穩(wěn)定狀

11、態(tài)。2.觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)輸入電壓由高電平負(fù)躍到小于（1/3）VCC時(shí)，比較器C2輸出S=1，此時(shí)R=0，觸發(fā)器置一，Q=1，輸出由低電平負(fù)躍到高電平。同時(shí)，V截止，電源VCC經(jīng)電阻R4和電容C4進(jìn)行充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。充電時(shí)間常數(shù)T=RC。3.自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)，隨著C4的充電，其兩端電壓隨之升高，在此期間，輸入電壓回到高電平。當(dāng)C4兩端電壓大于等于（2/3）VCC時(shí)，比較器C1輸出R=1，此時(shí)S=0，觸發(fā)器置零，Q=0，V導(dǎo)通電容C4經(jīng)V迅速放電，其兩端電壓約為零時(shí)，輸出電壓由高電平躍到低電平。電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)。輸出脈寬約為1.1R4C4。綜上所述知：邏輯控制電路利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)結(jié)束后產(chǎn)

12、生的負(fù)跳來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，同時(shí)鎖存信號(hào)經(jīng)反相又產(chǎn)生清零信號(hào)，鎖存信號(hào)的脈沖寬度由單穩(wěn)態(tài)電路本身的時(shí)間常數(shù)決定。 圖43控制電路4.4計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器用四個(gè)同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160構(gòu)成，；用四個(gè)4511BP實(shí)現(xiàn)鎖存及譯碼功能，4511BP是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。要使譯碼器能正常工作，LT和BI腳要接高電平，EL要接低電平，譯碼器的輸入接計(jì)數(shù)器的輸出端，而譯碼器的輸

13、出端則接對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的輸入端。顯示器采用四個(gè)數(shù)碼管來顯示。 圖4.4計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路第五章 總原理圖及元器件清單5.1總原理圖圖5-1 總原理圖5.2元器件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注U1U2U3U47SEG-DIGTIAL4七段顯示數(shù)碼管U5U6 U7U84511BP4譯碼器U9U10U11U1274LS1604計(jì)時(shí)器U18U21U225553555定時(shí)器D1D2OPAMP2放大電路器件U16B74LS081與非門U23A74LS061非門R1R2R3R4R5R6R7RES10k10k1k1M50k36k20k7電阻C1C2C3C4C5C6CAP0.01uF1uF0.01uF0.01u

14、F0.01uF10uF6電容SW1SW-ROT-41開關(guān)GROUND10接地DC+5V5直流電源SINE1正弦電壓源第六章 設(shè)計(jì)小結(jié) 在本次課程設(shè)計(jì)中，基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)書中的要求。但是，對(duì)于老師提出的擴(kuò)展要求未完成，同時(shí)在電路設(shè)計(jì)中還存在著許多不足之處。本次課設(shè)，我們使用Multisim仿真軟件進(jìn)行電路簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)仿真設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)是使用十進(jìn)制數(shù)字顯示信號(hào)頻率的測(cè)量裝置。它可以對(duì)方波以及正弦波進(jìn)行測(cè)量。通過這次課程設(shè)計(jì)，使我加深了對(duì)模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)的了解和認(rèn)識(shí)。在最初設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的整體設(shè)計(jì)概念認(rèn)識(shí)不足，以及對(duì)仿真軟件的使用方法一點(diǎn)也不了解，所以在設(shè)計(jì)初期覺得很困難，

15、而且數(shù)電理論知識(shí)學(xué)的不是很扎實(shí)，隨后在網(wǎng)上搜索資料以及在圖書館找相關(guān)資料，后來在各種資料的幫助下使設(shè)計(jì)得以進(jìn)行。但因不是完全由自己設(shè)計(jì)的，把電路連接好之后運(yùn)行，計(jì)時(shí)開始了，但是數(shù)碼管不顯示，自己找問題所在無果后，找同學(xué)幫忙檢查電路，以及在老師的指導(dǎo)幫助下，最后終于做出新的電路。當(dāng)然，在使用555集成電路時(shí)，也遇到了眾多問題，小組經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的討論，最后基本完成任務(wù)。 為期兩周的課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束，通過這次課程設(shè)計(jì)我明白了許多事。首先，對(duì)于一個(gè)任務(wù)，小組活動(dòng)及協(xié)同合作是必需的。其次，要完美的完成一項(xiàng)任務(wù)，要對(duì)這項(xiàng)任務(wù)要有詳盡的認(rèn)識(shí)及充足的準(zhǔn)備。還有，就是不能簡(jiǎn)單的照搬書本上的東西，要有自己的想法。

16、本次課程設(shè)計(jì)讓我們體會(huì)到設(shè)計(jì)電路、連接電路、調(diào)測(cè)電路整個(gè)過程中的苦與甜。課程設(shè)計(jì)不只是一次作業(yè)，更是我們將來必需的技能，這次實(shí)習(xí)正好給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)，使我們將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，綜合化。在做設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)自己對(duì)數(shù)字電路的知識(shí)掌握不透。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用，最終都弄明白了。 課程設(shè)計(jì)過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心和細(xì)心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)準(zhǔn)等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時(shí)間。在設(shè)計(jì)控制電路的時(shí)候，我們可以連接譯碼顯示和計(jì)數(shù)電路，這樣就加快了完成的進(jìn)度。最重要的是要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。第七章 參考文獻(xiàn)1 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)（第五版）.高教出版社. 2006-5.2 康光華.電子技