1.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析
方案一：采用的是中小規(guī)模數(shù)字集成電路
實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量，雖然其功能擴(kuò)展不易實(shí)現(xiàn)，智能化程度也不高，也不太符合目前數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展要求，但是對(duì)目前的我們來說，電路構(gòu)成的基本原理相對(duì)容易理解，設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，是全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路穩(wěn)定、精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。不需要編程，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)簡(jiǎn)單。其主要元器件基本是我們所學(xué)習(xí)過的，就算沒有學(xué)過，查閱資料理解起來也相對(duì)容易 。
方案二：采用單片機(jī)
采用單片機(jī)則可以很容易地解決方案中的問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。也就是采用先測(cè)信號(hào)的周期，然后再通過單片機(jī)求周期的倒數(shù)的方法，從而得到我們所需要的低頻信號(hào)的測(cè)量精度。由于用到單片機(jī)，控制電路計(jì)數(shù)等功能通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)，減少了相關(guān)硬件的使用，降低了成本。而且利用C語言程序有很強(qiáng)的可修改性另外由于使用了功能較強(qiáng)的 AT89C51 芯片，使本系統(tǒng)可以通過對(duì)軟件改進(jìn)而擴(kuò)展功能，提高測(cè)量精度。但是單片機(jī)不能提高我的數(shù)模電知識(shí)，所以不予考慮此方案。
方案三：采用可編程器件的技術(shù)
在設(shè)計(jì)方法、硬件電路的實(shí)現(xiàn)上都要比方案一和方案二簡(jiǎn)潔、新穎，而且采用可編程邏輯器件（PLD）的 EDA 技術(shù)也是現(xiàn)代電子產(chǎn)品開發(fā)的方向，應(yīng)用這種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)是可行的。但從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求上看，要能實(shí)現(xiàn)測(cè)量頻率是 1HZ～ 9999HZ 的范圍，以頻率1HZ 為例，使用直接測(cè)頻的方法，要達(dá)到測(cè)量精度，需要主門連續(xù)開啟 100 秒。再就是EDA技術(shù)也不再本人目前的認(rèn)知范圍內(nèi)，所以不予考慮此方案。
綜上，本設(shè)計(jì)最終考慮采用方案一。
估算rbe：
rbe=rbb’+(1+β)26(mV)/IEQ（mA）
IEQ≈βIBQ=β（VCC-VBEQ）/Rb
電壓增益AV：
Vi=ibRb+ibrbe
Vo= -ic(Rc‖Rl)=-βibRl
Av =Vo/Vi=(-βibRl)/(ibRb+ibrbe)
施密特觸發(fā)器：
圖2.2.3 施密特電路的傳輸特性
施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：
圖2.2.4 用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換圖
555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖6所示：
圖2.2.5 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就能產(chǎn)生矩形波輸出。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種常用的脈沖波形發(fā)生器,觸發(fā)器和時(shí)序電路中的時(shí)鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。
由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波圖如圖7所示：
圖2.2.6 方波圖
時(shí)基電路總體原理圖如圖8所示：
圖2.2.7 時(shí)基電路
接通電源以后電容C被充電，當(dāng)VTRI上升到2VS/3時(shí)，使VOUT為低電平，同時(shí)放電三極管導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過R2和T放電，VTRI下降。當(dāng)VTRI下降到VS/3時(shí)，VOUT翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電的時(shí)間為
T1=R2Cln2≈0.7R2C
當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，三極管截止，VS將通過R1、R2向電容C充電，VTRI由VS/3上升到2VS/3所需的時(shí)間為
T2=（R1+R2）Cln2≈0.7(R2+R1)C
當(dāng)VTRI上升到2VS/3時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出就得到了一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩的頻率為
f=1/(T1+T2) ≈1.43/(2R2+R1)C
采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（74LS160）連接成為4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍為0至9999，將計(jì)數(shù)形成的BCD碼（頻率值的大小）進(jìn)行譯碼，在譯碼前經(jīng)行鎖存，鎖存后清零，給下一次測(cè)量做準(zhǔn)備，并在數(shù)碼管中顯示出來。如圖12是顯示電路原理的一部分，負(fù)責(zé)顯示，由譯碼器譯碼，而譯碼器接鎖存器，鎖存器接計(jì)數(shù)電路，得到計(jì)數(shù)輸出。
圖2.2.11 計(jì)數(shù)顯示電路
使用的主要的儀器有：數(shù)字電源，示波器，函數(shù)發(fā)生器，臺(tái)式萬用表。
在電路的調(diào)試過程中，主要出現(xiàn)的問題有：
本次電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的核心是利用已學(xué)過的數(shù)模電及電路分析基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)一些工程目的。在這個(gè)過程中，可以鍛煉自己的實(shí)際動(dòng)手能力，對(duì)于一些電路規(guī)律、芯片的使用方法及運(yùn)算放大器的應(yīng)用有了進(jìn)一步的理解。更為重要的一點(diǎn)是，作為本科生，沒有任何的工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過這次課設(shè)，我們可以更好的了解到要解決實(shí)際工程需要問題考慮哪些問題，需要注意哪些地方，需要對(duì)自己設(shè)計(jì)的電路了如執(zhí)掌。作為自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，分析問題、解決問題及動(dòng)手的能力尤為重要，在課程設(shè)計(jì)的過程中，這些能力可以得到更好的培養(yǎng)。
本次課題主要設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易頻率計(jì)，測(cè)試了頻率計(jì)的測(cè)量精度以及工作性能，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到的要求有測(cè)頻范圍達(dá)1~9999HZ，誤差為1HZ,并使用數(shù)碼管顯示測(cè)頻結(jié)果，當(dāng)信號(hào)頻率超過規(guī)定的量程時(shí)，實(shí)現(xiàn)了超量程提示，比如實(shí)現(xiàn)了發(fā)光二極管的點(diǎn)亮。
針對(duì)此次課設(shè)，我有如下建議：
（1）可以適當(dāng)擴(kuò)寬課設(shè)選題范圍，對(duì)于自動(dòng)化這種偏向硬件設(shè)計(jì)的專業(yè)，可以在原有基礎(chǔ)上開設(shè)一些綜合能力需求更高的題目，可以參考電子設(shè)計(jì)大賽的選題，降低難度，作為課設(shè)的題目。
（2）可以適當(dāng)提供更多的器件選擇，讓同學(xué)們可以更多的選擇設(shè)計(jì)方案，而不用因?yàn)槠骷x擇的原因限制了同學(xué)們的想法。
（3）可以加大課程設(shè)計(jì)的硬件焊接的驗(yàn)收力度，對(duì)于一些已經(jīng)驗(yàn)收的成品可以收上去，減少作弊的概率。這樣一方面可以進(jìn)一步提高課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，也可以真正讓同學(xué)們學(xué)到更多的東西。
在本次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我制作了一個(gè)簡(jiǎn)易頻率計(jì)，雖然結(jié)果并不像仿真那樣完美，但也大致實(shí)現(xiàn)了目的。在課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，從選題到參數(shù)計(jì)算，到修正電路焊接的問題，都是我一人完成。在此過程中，我收獲了不少知識(shí)。從555定時(shí)器輸出方波到放大整形電路輸出方波，到計(jì)數(shù)控制電路，再到譯碼顯示電路，我認(rèn)識(shí)到了自己的數(shù)模電及電路的基礎(chǔ)知識(shí)仍然有待提高。
在此次課設(shè)中，我還學(xué)會(huì)了書本上或者老師沒有教過的東西，在拿到了種類繁多的芯片后，我開始毫無思緒，不知道該從那一步著手。經(jīng)過對(duì)題目要求及仿真原理圖分析后，決定先把芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)仔細(xì)翻閱一遍，了解每個(gè)芯片的功能及引腳圖，在完場(chǎng)此項(xiàng)工作后，將芯片引腳圖及周邊元器件在紙上畫下來，再按照該圖紙進(jìn)行焊接。這樣可以減少很多麻煩，比如，走線走著走著就不知道怎么走了，元器件沒地方放了等等。雖然這樣可以減少焊接出現(xiàn)的問題，但還是存在一些我無法解釋的玄學(xué)問題，對(duì)于這些問題，我積極在相關(guān)的電子技術(shù)論壇上找答案或思路，網(wǎng)站論壇包括：電子發(fā)燒友、電源網(wǎng)、51黑電子論壇、datasheet官網(wǎng)等。在這些前輩們的交流中，我吸取了不少硬件設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，不僅僅使本次課設(shè)，對(duì)于以后做競(jìng)賽及硬件學(xué)習(xí)也有著很大的幫助。
當(dāng)然也非常感謝我的指導(dǎo)老師胥老師，他一絲不茍，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度深深的影響著我，在我的課程設(shè)計(jì)中，每個(gè)環(huán)節(jié)都離不開老師的悉心指導(dǎo)，給予了我巨大的幫助。
自動(dòng)1703繩世尊—簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì).zip
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ssz666 發(fā)表于 2019-7-20 17:24
此設(shè)計(jì)是純數(shù)字和模擬電路，沒有使用單片機(jī)
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