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数字频率计设计与制作

更新时间:2009-3-19:  来源:毕业论文

数字频率设计与制作
一、 设计目的
1. 了解数字频率计测频测周的基本原理;
2. 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。
二、 电路与原理
完整电路见附件一,针对电路各部分说明如下:
1. 放大整形电路
频率为f的正弦波信号由共射共集放大电路放大,再经SN74LS132N整形,使之成为方波。由T1、T2进行放大,SN74LS132N进行整形。
2. 分频器
通过一片SN74LS390N的二分频和五分频功能实现十分频,两次十分频实现百分频。由开关选择不分频、10分频或100分频。方波信号不经过分频器直接接入单片机为不分频。方波信号接入SN74LS390N的1B,从1QD输出对1B的五分频信号接入1A,从1QA输出对1A的二分频信号。所以从1QA输出的信号即是对输出1B信号的十分频。将此十分频后的信号再经过一次十分频2B—2QD—2A—2QA后,即可以实现对原方波信号的百分频。
3. 单片机主控单元
经过分频器选择开关后的方波信号接入单片机的定时/计数器T1。测量方式选择按钮分别接入单片机的INT0、INT1。按下连接INT0的按钮选择测频方式。按下连接INT1的按钮选择测周方式。测频时由单片机的定时/记数器T0提供定时,测周时由T0计量信号的周期。软件完成各种判断与数据处理工作。P口和P2口的部分引脚控制显示。
4. 显示电路
显示器是8位共阴极的LED。单片机的P0口输出经反相器SN7406N后提供八位数码管的位选信号,P2口的低4位输出经译码器CD4511译码后提供的段选信号。P2口的P24控制数码管低4位的小数点显示,P25控制数码管高4位的小数点显示。LED动态扫描显示测量结果。
三、 各IC作用及管脚图
1. SN74LS132整形芯片
起到将正弦信号整形成方波信号的作用。其逻辑表达式Y=/(AB) 或Y=/A+/B

2.SN74LS390N分频器
主要起到十分频和百分频的作用 
2. CD4511译码器
译码显示作用(显示驱动)
 
管脚图
真值表
3. SN7406N反相器
由于是共阴极LED,所以需要将MCU中输出的高电平信号取反。
逻辑表达式:Y=/(*A)

四、 基于单片机的数字频率计设计框图

五、 主要性能指标
低频达0.5Hz,甚至更低;
高频达450KHz(在不分频的情况下);
输入低至50mV信号时,仪器能正常工作;
在十分频下工作正常;
百分频下高频可达12MHz;
低频状态下测周稳定。
已经完成预期设计目标,而且超过设计要求。
六、软件程序(见附件二)
七、总结
1. 出现问题。
问题一、模拟部分的电路分布不是很合理,显得杂乱无章。在测试静态工作点时遇到了本次课程设计的第一个拦路虎――静态工作点极不稳定,而且稳压器7805温度比较高。由于线路分布比较混乱,查问题也比较麻烦。
问题二、数字部分的显示部分出现了本次设计的第二只拦路虎――显示“0”、“2”、“3”时始终是错误的。错误在显示“0”时显示的是“8”,显示“2”与“3”时,f段总是亮的。看起来“2”显得不伦不类,“3”像个不规范的“9”。
2. 分析问题
针对问题一、线路分布的不合理在于刚开始安排时没注意看电路板的结构特点。印刷电路板已经设计了很多所谓的“大线”,从头到尾贯穿一直的是导通的,是被用作地线和电源线的。而我只是把他们当作普通导线处理,造成容易出现问题,为防止以后在数字电路部分出现问题和影响数字部分的部线,我将模拟部分的“大线”都切断处理了,其中有一段被切为两段,一部分作为导线用,一部分作为地线用了。另外其他部分一律与数字部分隔离。
静态工作点不稳定的原因是有一个点没有焊接,只是插到印刷板的孔里去了。所以造成测试时接触不良。在经过两个人一条条的“穿针引线”地查错才找到那根没焊接的点(由于焊接的不规范,将两根线插在一个孔里了,这样没焊接的导线并不是很松,所以不是很容易查出来)。
针对问题二、分析问题:显示不正常,有两种可能。一是硬件电路;二是所用的单片机软件。
先从硬件查起,逐条电路线用万用表进行检测,排除短路与断路的可能性(这里主要是短路的问题,因为是多亮了一条线而不是缺少线)。硬件没排查出什么问题,各条电路均没出现短路与断路。在换了多套程序后问题依然出现。软件出现问题的可能性不大,因为这些程序在其他人的板子上可以正常工作。
再综合利用用软件帮助硬件的检测。具体做法是编写了一套专门用来检测数码管的程序,这套程序的任务是让数码管逐个从“0”显示到“9”。并循环显示。然后逐个分析,是哪个数码管的哪位有问题,是在显示哪几个数字时错误。最后得出问题二的判断。
下一步是分析这几个错误的共同点。不该显示的显示了,那一定是由于某些原因被供电了,但在硬件线路检查时没发现短路。而进一步分析问题时考虑到“这些不该点亮而被点亮的部分”是随着另一部分一起被点亮的(具体的来说就是分析2与3的笔画结构)。这样就多了一种可能――数码管间的短路。在通电情况下,拔下数码管,一个个检测数码管插座,发现果然有两脚短路。按这条线索一路查下去,问题的关键在于多连接了一条线。拆除后一切显示正243

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