自动换挡型1Hz-9.99KHz频率计

自动换挡型1Hz-9.99KHz频率计

（数电课设）

一、目的

   熟练掌握数字电路基本器件的使用方法，训练、提高读图能力；

   掌握数字频率计的设计、组装、调试方法。

二、设计内容及要求

   1设计一个能测量1Hz—9.99KHz、TTL电平的频率计，具有自动换挡功能。

   要求用三位数字显示，1—999Hz显示单位为Hz、1KHz—9.99KHz显示单位为0.01KHz。

画出完整的电路图，说明电路的工作原理。

  2根据所给参考电路分析其工作原理并解答思考题。

  3 根据上述原理电路图，在印刷电路图中标出元器件的位置及代号，并完成跳线，使连接完整。

  4 组装、调试频率计；写出实验、调试报告。

选作内容：

  1频率计输入接口，可以测量5mV—10V的正弦波、三角波方波信号。

  2让频率计具有以下精度：

1— 99Hz精度为0.2Hz

100—999Hz精度为0.5Hz

1KHz—9.99KHZ精度为1Hz

三、组装调试步骤

1 检查印刷电路板有无断路、短路，若有，首先处理好。

2 焊接顺序：电阻、二极管、跳线、IC插座、电容器，逐一焊接。先焊平面的，后焊立体的，原则是有利于焊接。要求卧装水平、竖装垂直、相同元件等高。要特别注意元器件的安装方向！

3 焊接要点：将元件整形后插入对应位置，电路板平放在台面上，一手握烙铁对焊盘和引脚同时接触预热，另一手持焊锡丝与焊盘处烙铁接触，使锡丝熔化，当锡丝熔化一定量时（多了不好少了不行），立即将锡丝离去，烙铁继续保持少许时间，让焊锡围绕焊盘自由流动，形成一个完全覆盖焊盘的钟形（忌讳球形）焊点。切勿将焊锡先溶化在烙铁上再去焊接，这样锡丝里的助焊剂在未焊接前先挥发了，不利于焊接，而且焊点没有光泽。

4 剪脚：元件焊好后，将多余引脚剪掉，剪脚后的焊点应露出引脚0.5-1mm。本课设要求引脚露出2mm，以利于元件重复使用。

5 检查元件及IC插座有无错焊、漏焊，方向是否正确无误，将集成电路插入相应插座。

6 将5V直流电源接入电路（TTL电路对电源要求很高，电压值和方向都不能接错！）。若发现元器件发热或者有异味，应立即切断电源检查。

7 正常时数码管会显示所测信号频率，若不能则按以下步骤用示波器检查：

①被测信号输出是否正常；

②闸门控制电路是否正常；

③清零、锁存信号是否存在；

④计数器、译码器工作是否正常；

⑤当不能自动换挡时，应该重点检查计数溢出检测电路；

⑥调整闸门时间，使频率计正确测频。

四、参考电路简单工作原理：

自动换挡型频率计原理框图如下：

电路原理及各点波形见附图。

本电路能测量1Hz—9.99KHz的方波信号，三位数字显示，1—999Hz显示单位为Hz、1KHz—9.99KHz显示单位为0.01KHz。

由U2及外围电路组成的门控电路，产生脉宽1秒的方波信号，控制U1A，让U12及外围电路组成的摸拟被测信号通过，单位时间的计数值即为被测信号频率。

由C2、R3组成的微分电路，在一个新的计数周期开始瞬间对上次计数结果清零

由U11B、U10C、U10D及两微分电路构成计数器高位“1”检测，即在一个计数周期，高位至少计一个数；否则分频器U3没有必要接入。每个计数周期开始后，U10C及微分电路首先通过U11B的SD端使U11BQ置“1”此时由于U10B的5脚为低电平，U11A的CD端不起作用。在计数周期只要U6Q0端有一个“1”，U11BQ端就会清为“0”，U11A的CD端在计数周期都不起作用。若在整个计数周期U6Q0端始终为零，U11BQ端保持为“1”，当计数周期结束时，U10B4、5脚均为高电平，U11A的CD端起作用，U11AQ端为“0”，U3输出“1”，即分频器U3不起作用（整个计数周期U6Q0端始终为零，说明分频器U3没有必要加入）；同时U10B使得U9的消隐端起作用，高位无效“0”不显示。U11B本质是一个RS触发器。

为检测计数器高位是否溢出，将U6Q3作为U11A的时钟，当U6Q3由“1”→“0”时，U11AQ端的状态取决于当时J端状态，J=0，QN+1保持原状态，J=1，QN+1=1。而J端的波形与U2Q相比延迟数微秒，其原因是：每个计数周期开始时，都要对上一次计数清零，如果上一次计数周期高位计数值是8或者9（波形图上画出四个计数周期U6Q3可能的情况），就会产生虚假的溢出信号，J的波形保证清零时J=0，使清零时产生的假溢出信号得到抑制。当U11AQ为“1”时U3作为十分频器接入电路，同时将高位数码管的小数点点亮。

其它电路是典型的计数显示电路，请读者自己分析。

五、思考题

1、电路中有几处用到了微分电路D2的作用是什么？不用可不可以，画出C2两端的波形图。

2、分频器U3起作用的条件及被测信号流程（至U4）。

3 、U2、U12同为震荡器，在一个震荡周期中，调WR1、WR2改变了什么，周期T的表达式？

4、U10A及R4、C3的作用是什么？画出U1D的输入及U10A的输出波形.

5、若二极管D1接反，U2Q波形如何？

6、当频率过KHZ后，小数点点亮，随后频率KHZ以下，但小数点不灭，问故障可能所在？

7、译码驱动电路7448和4511管脚布置完全相同，分析两种芯片在本电路的应用，比较各自特点。

8、电位器3296右旋时，②脚→③脚靠拢，要求电位器右旋时，门控制电路的输出正占空比↑、信号频率↑，Rw1、Rw2的①、③脚与电路如何连接？

9、 U11A的功能(CD端为“1”)及作用是什么?试画出U11AQ端波形（U11AQ端起始为“0”），若J端接U2Q，画出U11AQ端波形，并分析会产生什么不良后果？

10、 电路中R3、4、5、6的阻值均较小，选取依据是什么？最大可取什么值？

11、 U11B的功能（此时的JK触发器实际当什么用）及作用是什么分析其及相关电路的工作原理。

12、 显示器的七字段及圆点由共阴的发光二极管组成，图中用7448驱动，能否直接给显示器字段加+5V电压检查其好坏，为什么？

13、 一个数码管显示8，用万用表测量7490的8、9脚为5V ，11、12脚均为0V，显示是否正确？你认为应该显示什么数？

14、 有一同学将7490组成的十进制计数器输出端8脚错接到7448的3脚（灯测试端），对应的显示器将如何显示？

15、 简述频率计的工作过程，尤其是自动换挡过程。

16、在分别用7448和4511作为译码驱动的电路中，R2的阻值分别是100K和1K，设计者的意图是什么？都用1K行不行？都用100K呢？用1K时D1还有意义吗？

17、想一想怎么利用7490和改变闸门时间实现0.2Hz及 0.5Hz的测量精度。

六 、课程设计总结报告的结构

课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告能力的训练。通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。总结报告通常应包括以下几点：

（1）  课题名称。   （自动换挡型频率计）

（2）  内容摘要。   （150字左右）

（3） 设计内容及要求。  

设计一个能测量1Hz—9.99KHz、TTL电平的频率计,具有自动换挡功能。

要求用三位数字显示，1—999Hz显示单位为Hz、1KHz—9.99KHz显示单位为0.01KHz。

（4）画出系统框图,画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。（ 根据所给参考电路分析其工作原理并解答思考题，将其揉进报告中）。

（5） 单元电路设计、参数计算和器件选择。

（6） 组装调试的内容，包括：

① 使用的主要仪器和仪表。

② 调试电路的方法和技巧。

③ 测试的数据和波形并与计算结果比较分析。

④ 调试中出现的故障、原因及排除方法。

（7） 总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。

（8） 列出系统需要的元器件。

（9） 收获、体会。

（10） 列出参考文献。

七、供参考选择的元器件（基本内容）

（1）NE555      2片                  （2 74LS48(或4511)  3片

（3）74LS90     4片                  （4）74LS00         2片

（5）74LS112    1片                  （6）LTS547         3块

（6）电阻、电容、二极管若干