消费类电子产品的设计与制作

1/18目录目录…………………………………………………………………1一、课程设计题目简介················································21．1课程名·····················································21．2课程设计题目···············································2二、课程设计具体安排················································22．1设计内容···················································22．2设计目的···················································22．3设计要求···················································22．4设计进度···················································3三、技术指标、整体方案与重点方案设计·································33．1技术指标···················································33．2系统结构···················································43．3基本原理···················································43．4整理方案原理图··············································43．5单元电路设计电路设计········································43．6重点设计电路··············································8四、元器件的检测···················································94．1二极管的检测方法··········································94．2三极管的检测方法··········································104．3发光二极管的检测··········································104．4数码管的检测··············································104．5芯片的检测················································114．6电容器的检测··············································114．7电源变压器的检测··········································11五、实物操作·······················································125．1电路图绘制················································125．2电路焊接··················································125．3电路调试··················································12六、课程设计结论···················································146．1设计思路··················································146．2问题及改进················································146．3设计心得··················································14七、参考文献························································15附录1数字频率计电路原理图····································16附录2数字频率计PCB设计图····································17附录3使用元器件一览表········································182/18《消费类电子产品的设计与制作》课程设计任务书一、课程任务1.1课程名消费类电子产品设计1.2课程题目及内容数字频率计的设计与制作二、课程设计具体安排2．1设计内容设计并制作一种数字频率计2．2设计目的1、掌握数字频率计的组成原理。2、了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理。3、掌握数字频率计的设计、组装与调试。4、熟练掌握数字频率计减小测量误差的方法。5、学习集成电路合理选择与使用。2．3设计要求1、全体同学按2～3人进行分组，每组研究对象不同，不得抄袭。2、每组必须查找相关资料，仔细阅读，认真完成设计。3、设计完成后，调试实物并演示设计结果。4、每位同学严格进行答辩，认真独立完成课程设计报告。2．4设计进度2010年12月8日：下发设计任务书，布置设计任务和设计要求、设计时间安排。要求学生到网上或图书馆查询关于频率计设计方面的资料。2010年12月13日：讲解电源与整流稳压电路、信号放大、波形整形电路、控制门电路的工作原理，并要求学生相互讨论且搞懂这一部分设计原理和设计方案。2010年12月14日：讲解计数器、锁存器、显示译码器与数码管电路的工作原理，并要求学生相互讨论且搞懂这一部分设计原理和设计方案。3/182010年12月15日：要求学生绘出数字频率计的原理框图以及各部分电路的详细连接图，并且查资料搞懂各部分的原理。2010年12月16日：根据已经论证的详细电路图，用PROTEL99上机画出数字频率计的原理图，及PCB版图。2010年12月17日：在弄懂原理的前提下，要求学生列出器件清单，并与老师讨论方案的合理性。确定设计方案、器件清单后，以班为单位，于星期六、星期天去购买器件。下星期准备焊接。2010年12月20日：讲解焊接技术、数码管、二极管、三极管等器件的检测方法，并要求学生查询关于器件检测方面的资料。元器件的检测及布局。2010年12月21日：焊接电源、输入信号检测、输入放大与整形电路、计数器电路、控制门检测、显示译码电路与数码管显示电路等，并进行检测。2010年12月22日：继续进行焊接。2010年12月23日：安装、调试、故障排除2010年12月24日：实物验收；布置实验报告的书写要求并书写实验告。三、技术指标、整体方案与重点方案设计3.1技术指标1．频率测量范围：10~9999Hz2．入信号波形：任意周期信号3．输入信号电压幅度：大于300mV4．电源：220V、50Hz3.2系统结构本系统分为电源与整流稳压电路模块，全波整流与波形整形电路模块，分频器模块，信号放大和波形整形电路模块，控制门模块，计数器模块，锁存器模块，显示译码器与数码管显示模块。几个模块各个都有自己完成的相应的功能，各个模块之间紧密结合起来组成了整个数字频率计系统。有关各个模块的具体作用将在方案设计中加以介绍。3.3基本原理4/18数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间内信号发生周期变化的次数。如果能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。按照这个基本原理，我们可以完成设计这个数字频率计。3.4整体方案原理图图1整体方案原理图3.5单元电路设计1.电源与整流稳压电路框图中的电源采用50Hz的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为整个频率计电路系统提供直流电源。具体实现电路如下图所示：图2电源与整流稳压部分原理图被测信号信号放大显示译码器计数器4位LED显示波形整形分频器控制门数据锁存器波形整形整流稳压电源全波整流5/18我们采用9V变压器对220V市电进行降压，后通过四个IN4007整流二极管组成的全桥整流对交流电进行整流，后经过一个1000uf的极性电容进行滤波，之后通过三端稳压器L7805进行稳压，后在经过一100uf电容再次滤波，最后可以得到较稳定的5V电压，给整个频率计电路系统供电。我们把此模块作为重点设计电路部分，具体的分析详见3.4重点设计电路部分。2.全波整流与波形整形电路本频率计采用市电频率作为标准频率，以获得稳定的基准时间。全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流，得到100Hz的全波整流波形。波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为100Hz的矩形波。设计的具体电路如下：图3全波整流与波形整形电路部分原理图通过IN4733稳压二极管进行稳压保护，后通过施密特反相器74HC14进行整形，整形后的波形为100HZ的矩形波。3.分频器分频器对100Hz信号进行100分频得到周期为1S的脉冲信号。然后再进行二分频得到占空比为50%脉冲宽度为1S的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。具体实现电路如下：6/18图4分频器电路部分原理图我们采用7位二进制计数器CD4024作为分频器对应的Q7，Q6，Q3接三输入与门对整形后的信号进行100分频。然后我们采用双上升沿JK触发器CD4027对信号进行二分频后会得到占空比为50%，脉冲宽度为1S的方波信号（即0.5Hz，占空比为50%的方波）。由此获得测量频率的基准时间去打开或关闭控制门电路。4、信号输入，波形整形电路通过信号放大和波形整形电路将被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号，能够被计数器识别进行计数。具体实现电路如下图所示：图5信号放大、波形整形电路部分原理图我们采用了高增益单运算放大器uA741对输入信号进行放大，在信号的正向输入，我们通过2个1kΩ电阻进行分压，使得信号的基准电压从0V提升到2.5V左右，这样对测量的信号的负半周也可以放大，保证了信号放大后的稳定性，我们采用施密特反相器74HC14对放大后的信号进行整形，得到我们需要的可以测量的方波信号。5.控制门控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。此处采用与门来实现。当秒信号为正时进行计数，为负时进行锁存显示。具体实现电路如下图所示：7/18图6控制门部分原理图JK触发器的输出端Q和Q\分别接到计数时能的与门输入端和锁存清零的与门输入端，并且通过全波整流与波形整形电路的输出端相与，使其有尽5ms左右的锁存延时，保证锁存的正常进行，保证了数据的稳定性。6.计数器计数器的作用是对输入脉冲计数。本实验要求测量上限为9999Hz，需采用4位十进制计数器。具体电路如下：图7计数器部分原理图这里我们采用了两片双BCD加计数器CD4518分别对个十百千位进行计数，通过而输入与门74HC08作为进位控制的标志。7.锁存器在1S内计数器的计数结果经锁定后获得稳定的值送显示译码器。锁存器采用一般的8位并行输入寄存器。8/18图8锁存器部分原理图我们选用了常用的八上升沿D触发器作为锁存器对测量的数据进行锁存显示，此部分电路比较简单。8.显示译码器与数码管显示显示译码器将用BCD码表示的10进制数转换成数码管正常显示的段信号以获得数字显示。本实验采用共阴极数码管