消費類電子產(chǎn)品的設計與制作(編輯修改稿)
2025-07-27 06:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 83。15附錄1 數(shù)字頻率計電路原理圖16附錄2 數(shù)字頻率計PCB設計圖17附錄3 使用元器件一覽表18《消費類電子產(chǎn)品的設計與制作》課程設計任務書一、課程任務 課程名消費類電子產(chǎn)品設計 課程題目及內(nèi)容數(shù)字頻率計的設計與制作二、課程設計具體安排2．1 設計內(nèi)容設計并制作一種數(shù)字頻率計2．2 設計目的掌握數(shù)字頻率計的組成原理。了解數(shù)字頻率計測量頻率與測量周期的基本原理。掌握數(shù)字頻率計的設計、組裝與調(diào)試。熟練掌握數(shù)字頻率計減小測量誤差的方法。學習集成電路合理選擇與使用。2．3 設計要求全體同學按2～3人進行分組，每組研究對象不同，不得抄襲。每組必須查找相關資料，仔細閱讀，認真完成設計。設計完成后，調(diào)試實物并演示設計結果。每位同學嚴格進行答辯，認真獨立完成課程設計報告。2．4 設計進度2010年12月8日：下發(fā)設計任務書，布置設計任務和設計要求、設計時間安排。要求學生到網(wǎng)上或圖書館查詢關于頻率計設計方面的資料。2010年12月13日：講解電源與整流穩(wěn)壓電路、信號放大、波形整形電路、控制門電路的工作原理，并要求學生相互討論且搞懂這一部分設計原理和設計方案。2010年12月14日：講解計數(shù)器、鎖存器、顯示譯碼器與數(shù)碼管電路的工作原理，并要求學生相互討論且搞懂這一部分設計原理和設計方案。2010年12月15日：要求學生繪出數(shù)字頻率計的原理框圖以及各部分電路的詳細連接圖，并且查資料搞懂各部分的原理。2010年12月16日：根據(jù)已經(jīng)論證的詳細電路圖，用PROTEL99上機畫出數(shù)字頻率計的原理圖，及PCB版圖。2010年12月17日：在弄懂原理的前提下，要求學生列出器件清單，并與老師討論方案的合理性。確定設計方案、器件清單后，以班為單位，于星期六、星期天去購買器件。下星期準備焊接。2010年12月20日：講解焊接技術、數(shù)碼管、二極管、三極管等器件的檢測方法，并要求學生查詢關于器件檢測方面的資料。元器件的檢測及布局。2010年12月21日：焊接電源、輸入信號檢測、輸入放大與整形電路、計數(shù)器電路、控制門檢測、顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路等，并進行檢測。 2010年12月22日：繼續(xù)進行焊接。2010年12月23日：安裝、調(diào)試、故障排除2010年12月24日：實物驗收；布置實驗報告的書寫要求并書寫實驗告。三、技術指標、整體方案與重點方案設計 技術指標1．頻率測量范圍：10~9999Hz2．入信號波形：任意周期信號3．輸入信號電壓幅度：大于300mV4．電源：220V、50Hz本系統(tǒng)分為電源與整流穩(wěn)壓電路模塊，全波整流與波形整形電路模塊，分頻器模塊，信號放大和波形整形電路模塊，控制門模塊，計數(shù)器模塊，鎖存器模塊，顯示譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊。幾個模塊各個都有自己完成的相應的功能，各個模塊之間緊密結合起來組成了整個數(shù)字頻率計系統(tǒng)。有關各個模塊的具體作用將在方案設計中加以介紹。數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻率是單位時間內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果能在給定的1S時間內(nèi)對信號波形計數(shù)，并將計數(shù)結果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計首先必須獲得相對穩(wěn)定與準確的時間，同時將被測信號轉換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號，然后通過計數(shù)器計算這一段時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)，將其換算后顯示出來。按照這個基本原理，我們可以完成設計這個數(shù)字頻率計。被測信號信號放大顯示譯碼器計數(shù)器4位LED顯示波形整形分頻器控制門數(shù)據(jù)鎖存器波形整形整流穩(wěn)壓電源全波整流圖1 整體方案原理圖框圖中的電源采用50Hz的交流市電。市電被降壓、整流、穩(wěn)壓后為整個頻率計電路系統(tǒng)提供直流電源。具體實現(xiàn)電路如下圖所示：圖2 電源與整流穩(wěn)壓部分原理圖我們采用9V變壓器對220V市電進行降壓，后通過四個IN4007整流二極管組成的全橋整流對交流電進行整流，后經(jīng)過一個1000uf的極性電容進行濾波，之后通過三端穩(wěn)壓器L7805進行穩(wěn)壓，后在經(jīng)過一100uf電容再次濾波，最后可以得到較穩(wěn)定的5V電壓，給整個頻率計電路系統(tǒng)供電。我們把此模塊作為重點設計電路部分。本頻率計采用市電頻率作為標準頻率，以獲得穩(wěn)定的基準時間。全波整流電路首先對50Hz交流市電進行全波整流，得到100Hz的全波整流波形。波形整形電路對100Hz信號進行整形，使之成為100Hz的矩形波。設計的具體電路如下：圖3 全波整流與波形整形電路部分原理圖通過IN4733穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓保護，后通過施密特反相器74HC14進行整形，整形后的波形為100HZ的矩形波。 分頻器對100Hz信號進行100分頻得到周期為1S的脈沖信號。然后再進行二分頻得到占空比為50%脈沖寬度為1S的方波信號，由此獲得測量頻率的基準時間。利用此信號去打開與關閉控制門，可以獲得在1S時間內(nèi)通過控制門的被測脈沖的數(shù)目。具體實現(xiàn)電路如下：圖4 分頻器電路部分原理圖我們采用7位二進制計數(shù)器CD4024作為分頻器對應的Q7，Q6，Q3接三輸入與門對整形后的信號進行100分頻。 然后我們采用雙上升沿JK觸發(fā)器CD4027對信號進行二分頻后會得到占空比為50%，脈沖寬度為1S的方波信號（，占空比為50%的方波）。由此獲得測量頻率的基準時間去打開或關閉控制門電路。信號輸入，波形整形電路通過信號放大和波形整形電路將被測信號進行放大與整形處理，使之成為能被計數(shù)器有效識別的脈沖信號，能夠被計數(shù)器識別進行計數(shù)。具體實現(xiàn)電路如下圖所示：圖5 信號放大、波形整形電路部分原理圖我們采用了高增益單運算放大器uA741對輸入信號進行放大，在信號的正向輸入，我們通過2個1kΩ電阻進行分壓，這樣對測量的信號的負半周也可以放大，保證了信號放大后的穩(wěn)定性，我們采用施密特反相器74HC14對放大后的信號進行整形，得到我們需要的可以測量的方波信號?？刂崎T用于控制輸入脈沖是否送計數(shù)器計數(shù)。此處采用與門來實現(xiàn)。
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