频率计的制作与设计.doc

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1、频率计的制作与设计目录摘要1 元器件的识别与检修 21.1 电子元器件的识别与选用21.2 使用万用表检查元器件32频率计指标与性能和电路的分析与设计32.1频率计指标和性能的确定 32.2频率计电路原理图的设计和电路分析 33单元电路的选用与元器件的选择43.1秒时基电路 43.2门控电路 43.3计数显示电路 53.4被测信号输入电路 54单元电路分析64.1秒时基电路74.2门控电路74.3计数显示85频率计的技术参数调试95.1调试与参数的测量95.2调试频率计的精度95.3测量灵敏度96频率计的检修9谢辞 1参考文献 1摘要：利用了基本逻辑门电路、各种元器件以及频率计的原理图等以55

2、5电路作时基实现数字频率计的基本功能。给出了数字频率计技术参数调试方法、数字频率计的设计方案。关键词：LED 、数字频率计、NE555时基电路、CMOS数字集成电路1. 元器件的识别与检修1.1 电子元器件的识别与选用识别元器件是制作频率计必须具备的基础知识，掌握常用元器件规格型号的含义，对常用的色环电阻会读数，能分辨各种电容的性能要求，以及各集成电路的作用。下表列出了制作频率计的主要元器件元件代号名称规格型号数量R1电阻器RJ-0.125W-5.1*(15%)k1R2电阻器RJ-0.125W-1*(15%)k1R3、R5电阻器RJ-0.125W-10*(15%)k各1个R4、R9电阻器RJ-

3、0.125W-1*(15%)k各1个R6电阻器RJ-0.125W-51*(15%)k1R7电阻器RJ-0.125W-4.7*(15%)k1R8电阻器RJ-0.125W-300*(15%)k1RP电位器10k1C1钽电解电容CA-10V-100F1C2聚丙烯电容CBB-400V-1000pF1C3、C7瓷介电容CC-0.1F2C4涤纶电容CL-100V-100nF1C5铝电解电容CD-50V-47F1C6铝电解电容CD-50V-100F1D1二极管1N41481D2、D3二极管1N4007(1000V,1A)2LED发光二极管3mm,红1IC1时基电路NE5551IC2计数/脉冲分配器集成电路C

4、D40221IC3输入与门集成电路CD40811IC4反向器集成电路CD40691IC5IC9计数/七段译码器CD40265DS1DS5数码显示管GEM5101AE5J1J8短接线0.5mm镀银丝81.2使用万用表检查元器件在连接频率计电路之前，应对所有的元器件进行检测。关于电阻、电容和二极管等常用元器件，使用机械或数字万用表很容易检测；但对于数字集成电路来说，仅凭万用表直接测量是不能完全判断其好坏的，在连接之前一般只对电源引脚进行测量，判断其是否有短路现象。数字集成电路电源引脚与接地引脚之间，其正、反向电阻值一般均有明显的差别。使用指针式万用表测量，红表笔接电源引脚、黑表笔接地引脚测量出的电

5、阻约为几千欧；红表笔接地引脚、黑表笔接电源引脚测出的电阻约为十几千欧、几十千欧或者更大。2. 频率计指标与性能和电路的分析与设计2.1频率计指标和性能的确定本项目采用TTL电路的NE555时基电路和CMOS等数字集成电路，其性能指标如下：1） 测量范围：1Hz99.999kHz;2） 分辨率：1Hz；3） 输入灵敏度：2/3 VccUTR)(-),)1/3 Vcc00导通1UTH2/3 VccUTR)(-),)1/3 Vcc保持保持保持1UTH2/3 VccUTR)(-),)1/3 Vcc11截止1UTH2/3 VccUTR)(-),)1/3 Vcc11截止秒时基电路原理秒时基电路原理如图2所

6、示。 接通电源后，电容C1被充电，两端电压UC上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电，内部VT导通；此时UO为低电平，电容C1通过R2和内部VT放电，使UC下降，VD灭；当UC下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，UO翻转为高电平，VD亮，调整RP的值，是电路定时为1s一个周期。由555构成的多谐振荡器波形图如图3所示电容器C1放电所需时间为t1=0.693R2C1当C1放电结束时内部VT截止，Vcc将通过R1、RP、R2向电容器C1充电，Uc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需时间为t2=0.693(R1+RP+R2)C1当Uc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输

7、出端就得到一个周期性的方波，其频率为f=1.43/（R1+2R2+RP）C1其中电位器RP的选择方法如下：由于f=1.43/（R1+2R2+RP）C1=1，将R1=1K，R2=5.1K、C1=100F代入计算得：RP=7.2K,由于温度和其他因素的影响会造成输出秒脉冲出现偏差，所以选用10K的电位器。此电路中，对于秒脉冲发生电路的元件，要求温度稳定性要好，所以电阻都采用金属膜电阻，定时电容C1使用温度性能较好的钽电容。占空比q=t2/T=0.693（1K+5.1K+7.2K）100F1s=0.924.2门控电路原理：门控电路由IC2、IC3和IC4组成。IC2为八进制计数器CD4022，它的作

8、用是将输入的秒时基信号通过它的输出端1脚（Q1）取得1s输出的门控信号。IC3为4-2输入与门CD4018，它的作用是在IC2输出的1s门控信号的控制下将门打开1s，是被测信号只有1s的通过时间，IC2的2脚输出信号与IC4的6脚输出信号通过IC3的D2输出69.3ms的清零脉冲信号如下图所示。CD4022为八进制计数器/脉冲分配器，它有3个输入端，一个上升沿计数脉冲输入端CP、一个下降沿计数脉冲输入端EN和一个清零端R；有八个输出端Q0Q7,在复位状态下只有Q0为高电平；还有一个进位输出端Qco，作为级联时使用。4.3计数显示（1）原理：CD4026内部包括十进制计数器和7段译码器两部分，译

9、码输出可以直接驱动LED（共阴极数码管引脚图如下图所示），它有一个计数输入端CP,七个字形笔断输出端ag，一个复位端R，高电平有效，R=1时，计数器直接清零，一个禁止端INH)(-),)，高电平时停止计数INH)(-),) =0时，计数器计数；一个控制显示的输入端DEI和输出端DEO，当高电平时，笔段输出真值，低电平时笔段输出全部为低电平；一个进位输出端CO。 （2）测量显示过程：在门控信号的控制下控制门IC3（F8）被打开1s，在这1s内被测取样信号通过控制门由CP端输入计数器IC5，进行个位计数，同时由译码器将计数译码输出，由显示器显示，当IC5计数到10时，Qco输出进位脉冲，使IC6计

10、数进位。如此下去，由IC5IC6IC7IC8IC9。随着计数脉冲的输入，各计数器不断计数并逐级进位，实现频率的计数过程。（3）被测信号输入电路原理：信号输入电路有限幅、放大和整形三部分组成。由VD2、VD3组成输入信号双向限幅电路，对输入信号较高的加以限幅，以满足最高输入电压30V的技术要求。对输入信号电平较低的信号，通过CD4069的三个非门F2，F3，F4与R7组成的放大器进行放大，最后经由CD4069的两个非门F5、F6与R9组成的施密特触发器整形，变换为矩形波的信号输入CD4081，使被测取样信号在1s内通过控制门由CD4026的CP端输入计数器计数。5. 频率计的技术参数调试5.1调

11、试与参数的测量5.2调试频率计的精度用本机与标准频率计同时测量某一信号，调电位器RP，使本机读数与标准数字频率计读数一致。将信号发生器产生的矩形波、三角波分别输入输入数字频率计，通过调节电位器，与标准频率计的读数一致。5.3测量灵敏度在频率计的设计阶段，通过在万能实验板上实验测量其精度和灵敏度，然后确定元器件的相应参数；制作成频率计后，一般不进行元件参数的更改，只需使用仪器测量其灵敏度如何。通过调节信号发生器的电压输出幅度，从而观察自制频率计和标准频率计的频率变化，并记录不同输入波形信号的灵敏度。6. 频率计的检修序号故障现象故障原因检查部位1数码管不亮电源未接通电源未接通或电源接插件未插好C

12、D4026的16脚未接电源正极或8脚未接地数码管公共端未接地CD4026装反检查集成电路是否装错2数码管全部显示为零信号未输入检查外接数据线是否接触良好控制电路板与显示电路板的接插件是否接触良好信号输入太弱，低于30mV将输入信号调大3数码管显示数按周期一直增加计数器无清零信号输入检查CD4026的15脚或CD4081的11脚信号是否正常集成电路与管座是否接触良好4秒显示发光二极管不亮秒时基电路工作不正常用示波器检测NE555的3脚波形不正常发管二极管坏用示波器检测NE555的3脚波形正常谢辞： 本毕业论文是在我的辅导员王学忠老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，

13、精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。王老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过大学三年的同学们。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献：1杨志忠.数字电子技术M.北京：高等教育出版社，2008.52胡宴如.模拟电子技术M.北京：高等教育出版社，2008.12 3渠丽岩.电子技术基础M.北京:清华大学出版社，2010.34阳鸿钧.特殊元器件应用于检测M.北京：中国电力出版社，2010.6 5王国玉.电子产品设计与制作M.北京:科学出版社，2010.3