电子线路课程设计报告

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专业：  电子信息 

日期： 2014.4.13 

南京理工大学紫金学院电光系

20##-4-13

引言

    《电子线路课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。

该课程主要内容：

（1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念；

（2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。

（3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：

包括放大器、滤波器、比较器、光电耦合器、单稳、逻辑控制、计数和显示电路等。

（4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。

（5）电子线路课程设计课题：

设计并制作一个基于模电和数电的简易数字频率计。

目录

第一章  设计要求.................................................

1.1 基本要求..........................................

1.2 提高部分..........................................

1.3 设计报告..........................................

第二章  整体方案设计.............................................

2.1 算法设计..........................................

2.2 整体方框图及原理..................................

第三章  单元电路设计.............................................

3.1 模电部分设计......................................

 3.1.1 放大电路.......................................

3.1.2 滤波电路.......................................

3.1.3 比较电路.......................................

3.1.4 模电总体电路...................................

3.2 数电部分设计......................................

 3.2.1 时基电路.......................................

3.2.2 单稳态电路.....................................

3.2.3 计数、译码、显示电路...........................

3.2.4 数电总体电路...................................

第四章  测试与调整...............................................

4.1 时基电路的调测....................................

4.2 计数电路的调测....................................

4.3 显示电路的调测....................................

第五章  设计小结.................................................

5.1 设计任务完成情况..................................

5.2心得体会...........................................

第一章  设计要求

1.1 基本要求

（1）输入信号：正弦、三角和方波；

频率：10Hz~2KHz；

幅度：峰-峰值0.3 V ~3V；

（2）频率计通带：10Hz~1KHz；

（3）量程范围：0~99；

（4）闸门时间：1s；

（5）采样周期：≥2s；

（6）实现自动测频、自动清零、数据显示和保持功能。

1.2 提高部分

（1）实现双通道自动测频、数据显示和保持功能。

（2）实现通道号显示。

（3）实现输入信号和数字频率计的隔离。

（4）其他。

1.3 设计报告

（1）系统方案

比较与选择、方案描述。

（2）理论分析与计算

（3）电路设计

主电路原理图及说明。

（4）仿真结果

仿真电路、方法、说明及波形图。

（5）测试结果

测试结果完整性、测试结果分析。

（6）使用说明书

第二章  整体方案设计

2.1 算法设计

频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。

 

被测信号

     

图2-2 频率测量算法对应的方框图

在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。该闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s内被测信号的周期量误差在10  ?³量级，则要求闸门信号的精度为10  ??量级。

2.2 整体方框图及原理

输入电路：由于输入的信号可以是正弦波、方波、三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。

频率测量：被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。时基信号由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。

周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间Tx来表示：Tx=NTs式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。

时基电路：时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振荡器，其两个暂态时间分别为：

T1=0.7（Ra+Rb）C   T2=0.7RbC

重复周期为 T=T1+T2。由于被测信号范围为10Hz~2KHz，采用1s闸门脉宽。闸门时间要求非常准确，它直接影响到测量精度，在要求高精度、高稳定度的场合，通常用晶体振荡器作为标准时基信号。在实验中我们采用的就是前一种方案。在电路中引进电位器来调节振荡器产生的频率。使得能够产生1kHz的信号。这对后面的测量精度起到决定性的作用。

计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。

控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。如图：

第三章 单元电路设计

3.1 模电部分设计

  3.1.1放大电路：

3.1.2 滤波电路：

3.1.3 比较电路：

  3.1.4 模电总体电路：

3.2 数电部分设计

3.2.1 时基电路：

3.2.2 单稳态电路：

3.2.3 计数、译码、显示电路：

3.2.4 数电总体电路：

第四章测试与调整

4.1时基电路的调测

首先调测时基信号，通过555定时器、RC阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择R1=10K? ，R2=10K?，C=10μF。把555产生的信号接到示波器中，调节电位器使得输出的信号的频率为1KHz。同时输出信号的频率也要稳定。测完后，下面测试分频后的频率，分别接一级分频、二级分频、三级分频的输出端，测试其信号。测出来的信号频率和理论值很接近。由于是将示波器的测量端分别测量每个原件的输出端。

4.2 计数电路的调测

将74160的PT端，~CLR端，~LD端都接高电平，3个74160级联，构成异步十进制计数器。在调测的过程中，我忘记将其置零，导致在后面数码管一直不显示数字。接好后，给最低位的74160一个CP信号。让函数信号发生器产生一个频率适当的方波。这样，计数器就开始计数了。数码管从00~99显示。计数电路就这样搞好了。

4.3 显示电路的调测

由于在设计过程中，控制电路这部分比较难，要花时间在上面设计电路。为了节约时间，我在课程设计的过程中就先连接后面的显示电路和计数电路。首先是对数码管（数码管的管脚图和功能表详见附录）的显示进行了调测。所示接好显示电路（这里就只给出一个数码管说明一下）。

第五章  设计小结

5.1设计任务完成情况

完成了本次设计的技术指标，从一开始由于我第一次接触这个实验对实验的还有很多不了解在一些方面浪费了很多时间，在连接电路的时候，不知道该怎么排版然后就会不停的停下来设计控制电路，因为要提高效率，在实际的操作中，先连好时基电路，分频电路测试通过后，再把显示电路和计数电路连好，调测符合要求。最后搞定控制电路的连接。最后完成的一块电路板，它所实现的功能就是可以测被测信号的频率，周期和脉宽。在调测的过程中发现测量频率时，档位在10Hz~2kHz，最终数码管跳的不稳定，其他的测量结果非常接近测量值

5.2 心得体会

时间如流水一般为期一周的实验课就这么的结束了。本次实习让我们大体了解到设计电路、连接电路、调测电路的步骤和其中的问题解决。设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，一开始我从到图书馆查找资料。再到实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。这些都是我在以前没有遇到过的和是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，不能急躁。要在不影响试验的前提下加快进度，合理的分配时间。要在一个星期中完成这么多的任务还是有点困难的所以要把握一切可以利用的时间才能做好本次实验。

参考文献

【1】  胡宴如，耿苏燕. 模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2004.7

【2】  蒋立平. 数字逻辑电路与系统设计. 北京：电子工业出版社，2008.7

【3】  王翠，王玉珏. 电子技术实验指导. 徐州：中国矿业大学出版社，2011.8

第二篇：毕业设计194数字式频率计设计实验报告

数字式频率计设计实验报告

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。

一：设计要求

1.  用555产生待测频率信号和定时时机信号。

2．频率测量范围为0000～9999 Hz。

3. 用LED数码管显示频率数值。

4. 计数结束时对数码管清零。

二：设计原理

所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为 f=N/T。

                        图1 

① 时基电路

时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1s），由定时器555 构成的多谐振荡器产生。若振荡器的频率，则振荡器的输出波形如图1中的波形II所示，其中t1=1s，t2=0.25s。由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7R2C，可计算出电阻R1、R2及电容C的值。

              图2

②逻辑控制电路

根据图1(b)所示波形，在计数信号II 结束时产生锁存信号IV，锁存信号IV 结束时产生清“0”信号V。脉冲信号IV 和V 可由两个单稳态触发器74LS123 产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。设锁存信号IV 和清“ 0 ” 信号V的脉冲宽度tw 相同， 如果要求tw=0.02s ， 则得tw=0.45RextCext=0.02s。若取Rext=10kΩ，则Cext=tw/0.45Rext=4.4μF。由74LS123 的功能可得，当1RD=1B=1,触发脉冲从1A 端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q 1 可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图1 所示的波形IV 和V 的要求。手动复位开关S 按下时，计数器清“0”。

图3

③ 锁存器

锁存器的作用是将计数器在1s 结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。如图1(b)所示，1s 计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号IV，将此时计数器的值送译码显示器。

选用两个8 位锁存器74L273 可以完成上述功能。当时锁存信号CP 的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即。从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。高电平结束后，无论D 为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内，计数器的输出

不会送到译码显示器。

总体的电路图如下：

三：测试方案及测试仪器

测试仪器：稳压电源：T-30B

测试方案分为四部分

1．测试时基电路：将电路按图示连好，用示波器观察其输出波形，调试得到稳定波形如下：

2．          逻辑控制电路的调试：输入时基电路所产生的信号，用示波器观察其波形，其产生的锁存信号与清零信号波形分别如下：

3．          测试其显示部分的功能：分别在74LS48的输入端输入相应的8421BCD码，看LED数码管显示是否正确

4．          待测信号发生器：根据设计要求和实际元件的限制，我们选用了定时器555 构成的多谐振荡器产生的一个测试信号

四：测试结果

   我们通过调节待测信号的频率，在一秒钟时间内，通过显示部分显示了其通过闸门的有效脉冲数，

五：误差分析

1. 产生的时基信号不准确，因为产生一定频率的脉冲信号有很多设计方法，可由多谐震荡器或单稳态触法器产生，也可有555记时电路产生，石英晶体震荡电路的选频特性及稳定性都很好,但是由于实际实验设计的要求和实验设备的限制，我们选则了用555记时电路产生一个频率的脉冲信号，而且所产生的信号频率比较小可以得到所须要的周期信号，但以上电路的震荡周期或重复频率与时间常数RC有关，而且还取决于门电路的阀值电压VTH，VTH易受温度，电源电压及干扰的影响，稳定性不高，所以得到信号的精度不高。
  2. 控制器的设计电路不完美，因为控制电路可用74LS107和单稳态触发器74LS123构成,其功能有二:一是提供一个脉冲宽度为0.02秒的锁存信号,二是为计数器提供复位信号,以保证在后一秒计数前清除前一秒的计算结果. 74LS151的B，C端置0，当A为0的时候151输出1s的信号，当被测频率超过9999hz，计数器最高位进位位输出1传给151的A端，并使发光二极管导通发亮，控制151输出1s的信号，但是实际的电路没有考虑到进位的问题，所以在设计的电路就很难实现其这一功能。
 3. 待测信号的不准确，待策信号可以由晶体管3DG100与74LS00等组成产生的信号。其中3DGl00组成放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。但是由于实际元件的限制，我们只用了555定时器来产生其信号，则待测信号的精度就大大下降，所以对我们所做成的计数器的精度也下降。

六：实验总结