數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1)設(shè)計(jì)題目

簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)

2)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，測(cè)量給定信號(hào)的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，具體指標(biāo)為：

1)測(cè)量范圍：1HZ—9.999KHZ，閘門(mén)時(shí)間1s；

HZ—99.99KHZ，閘門(mén)時(shí)間0.1s；

HZ—999.9KHZ，閘門(mén)時(shí)間10ms；

KHZ—9999KHZ，閘門(mén)時(shí)間1ms；

2)顯示方式：四位十進(jìn)制數(shù)

3)當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警.3)原理電路和程序設(shè)計(jì)：

（1）整體電路

數(shù)顯式頻率計(jì)電路

（2）單元電路設(shè)計(jì)；

（a）時(shí)基電路

(b)放大邏輯電路

(c)計(jì)數(shù)、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路

（3）說(shuō)明電路工作原理;

四位數(shù)字式頻率計(jì)是由一個(gè)CD4017（包含一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器）組成邏輯電路，一個(gè)555組成時(shí)基電路，一個(gè)9014形成放大電路，四個(gè)CD40110（在圖中是由四個(gè)74LS48、四個(gè)74LS194、四個(gè)74LS90組成）及數(shù)碼管組成。

兩個(gè)CD40110串聯(lián)成一個(gè)四位數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門(mén)U1A、U1B構(gòu)成計(jì)數(shù)脈沖輸入電路。當(dāng)被測(cè)信號(hào)從U1A輸入，經(jīng)過(guò)U1A、U1B兩級(jí)反相和整形后加至計(jì)數(shù)器U13的CP+，通過(guò)計(jì)數(shù)器的運(yùn)算轉(zhuǎn)換，將輸入脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)碼顯示筆段，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，范圍是1—9。當(dāng)輸入第十個(gè)脈沖，就通過(guò)CO輸入下一個(gè)CD40110的CP+，所以此四位計(jì)數(shù)器范圍為1—9999。

其中U1A與非門(mén)是一個(gè)能夠控制信號(hào)是否輸入的計(jì)數(shù)電路閘門(mén)，當(dāng)一個(gè)輸入端輸入的時(shí)基信號(hào)為高電平的時(shí)候，閘門(mén)打開(kāi)，信號(hào)能夠通過(guò)；否則不能通過(guò)。

時(shí)基電路555與R2、R3，R4、C3組成低頻多諧振蕩器，產(chǎn)生1HZ的秒時(shí)基脈沖，作為閘門(mén)控制信號(hào)。計(jì)數(shù)公式：來(lái)確定。

與非門(mén)U2A與CD4017組成門(mén)控電路，在測(cè)量時(shí)，當(dāng)時(shí)基電路輸出第一個(gè)時(shí)基脈沖并通過(guò)U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2腳輸出高電平從而使得閘門(mén)打開(kāi)。1s后，時(shí)基電路送來(lái)第二個(gè)脈沖信號(hào)，CD4017的2腳變?yōu)榈碗娖剑l門(mén)關(guān)閉，測(cè)量結(jié)束。數(shù)碼管顯示即為所測(cè)頻率。當(dāng)555第三個(gè)脈沖送過(guò)來(lái)的時(shí)候，電路保持間歇1S，第四個(gè)脈沖后高電平加至R，使計(jì)數(shù)器復(fù)位。為下一次計(jì)算準(zhǔn)備。

（4）元件選擇。

資

料

元

件

標(biāo)號(hào)

封裝

數(shù)量

芯片

CD40110

GK7491AG

陶瓷熔扁平

CD4017

62F2X6KE4

陶瓷熔扁平

74LS00

陶瓷熔扁平

74LS10

陶瓷熔扁平

NE555

K104G4

雙列直插型號(hào)

顯示器

七段共陰數(shù)碼管

電阻

300Ω

1KΩ

5.1KΩ

10KΩ

100KΩ

1MΩ

10KΩ(滑動(dòng))

電容

1000PF

0.1μF

100μF

二極管

1N4148

發(fā)光LED

開(kāi)關(guān)

單刀雙擲

導(dǎo)線

導(dǎo)線

若干

三極管

9014

電源

12V直流電源

4)電路和程序調(diào)試過(guò)程與結(jié)果：

a)、設(shè)計(jì)邏輯流程：

b)、理論波形圖：

c)、仿真波形圖：

1)、時(shí)基電路

2）、未、已經(jīng)過(guò)施密特的波形：

d)、誤差分析：

本實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)自多方面的原因：一、時(shí)基電路NE555的滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)導(dǎo)致誤差；二、閘門(mén)開(kāi)放時(shí)間與信號(hào)輸入時(shí)間的沖突導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確；三、整體電路的阻抗、容抗對(duì)電路信號(hào)的影響。

對(duì)于第一點(diǎn)，先計(jì)算相關(guān)的滑動(dòng)變阻器的相應(yīng)阻值大小，然后可以在關(guān)閉電源的情況下用萬(wàn)用表測(cè)量后才進(jìn)行測(cè)量；第二點(diǎn)有點(diǎn)系統(tǒng)的偶然性；第三點(diǎn)可以盡量減少電路布局，從而減少相應(yīng)的影響。

5)總結(jié)

這個(gè)電路多處使用了集成IC芯片，讓電路更加簡(jiǎn)潔明了，并且提高了電路的安全性、可行性，減少了整個(gè)電路的功耗和整個(gè)電路的布線。但是此電路沒(méi)有完全地符合實(shí)驗(yàn)要求：首先，整個(gè)電路沒(méi)有施密特觸發(fā)器，輸入信號(hào)放大電路，數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，滿位報(bào)警電路。因此我首先加入以三極管9014為核心的放大電路；然后用74LS00兩個(gè)雙輸入與非門(mén)構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形；對(duì)于報(bào)警電路，由于集成IC沒(méi)有譯碼電路引腳，所以選擇了一個(gè)8輸入與非門(mén)和一個(gè)74LS00結(jié)成，這樣可以充分考慮到唯一性；還有就是它的計(jì)數(shù)不是直接顯示頻率，而是顯示一個(gè)數(shù)字，再與閘門(mén)的時(shí)候計(jì)算才可以得出真正的頻率。

總體來(lái)說(shuō)，電路還是存在一點(diǎn)小問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，因?yàn)?4LS00組成的施密特觸發(fā)器沒(méi)有很好地整形波，在示波器上出現(xiàn)脈沖波，還得于計(jì)算，可以改為以NE555組成的施密特電路。改用其他的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)小數(shù)點(diǎn)。

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，讓我認(rèn)識(shí)到數(shù)字電路的萬(wàn)千變化，集成IC的推出，大大提高安全性和可行性。理解了科學(xué)就是力量。最主要是學(xué)習(xí)到設(shè)計(jì)電路的思想以為加強(qiáng)自己的焊接能力。讓自己的電子技術(shù)更上一層樓。

附錄：完整的電路PCB圖，完整的源程序名列表（不需要把源程序打印出來(lái)，作為電子文檔提交）。

附錄一：

附錄二：