電路CAD課程設計簡易數(shù)字頻率計

1、電路cad課程設計報告 題 目 簡易數(shù)字頻率計 學生姓名 凌天 學 號 專業(yè)班級 電信0801班 同 組 人 2011年 12 月 30日摘 要電路cad課程設計是一門實踐性很強的課程。主要目的是培養(yǎng)學生運用電路設計軟件ewb和protel進行電路分析、電路仿真、電路設計和電路制做的能力；掌握常用電路的一般設計方法，為今后從事電路設計、研制電子產(chǎn)品打下一定的基礎。學生通過動腦動手解決完成一、兩個實用電路的理論設計，并利用電路設計軟件ewb和protel完成實際電路的分析、設計、制做和調(diào)試等任務。本次設計的簡易數(shù)字頻率計，是以at89s51單片機為控制核心，輔以顯示電路構(gòu)成的。簡易數(shù)字頻率計能夠

2、根據(jù)題目要求能夠用兩組4位7段數(shù)碼管顯示待測頻率，格式為00000.000hz。測量頻率0.00110khz的脈沖方波信號。測量信號幅值：10v以下。用單片機而不是用數(shù)字電路可以利用在線編程校準大大提高了頻率計的測量精度，而且具有靈活的現(xiàn)場可更改性。在不更改硬件電路的基礎上，對系統(tǒng)進行各種改進還可以進一步提高系統(tǒng)的性能。該數(shù)字頻率計具有高速、精確、可靠、抗干擾性強和現(xiàn)場可編程等優(yōu)點。 關鍵詞：protel電路制做，單片機，簡易數(shù)字頻率計 目 錄1 設計任務 .31.1設計說明.31.2設計內(nèi)容.32 方案選擇 .32.1 簡易數(shù)字頻率計方案概述.33 電路原理圖設計.33.1 電路原理圖.3

3、3.1.1核心電路 .3 3.1.2顯示電路 .4 3.1.3輸入電路 .5 3.2 原理說明.6 3.2.1核心電路 .6 3.2.2顯示電路 .6 3.2.3輸入電路 .64 電路板圖設計.74.1 簡易數(shù)字頻率計.74.1.1pcb設計說明.74.1.2pcb電路圖.7附錄.8參考文獻.131 設計任務1.1 設計說明設計一個簡易頻率計，該頻率計測量頻率小于10khz，要求測量數(shù)據(jù)顯示3秒以上，被測信號為幅值小于10v的脈沖或正弦交流電壓。該系統(tǒng)框圖如圖1所示。電源電 計數(shù)器鎖存電路譯碼顯示電路輸入電路圖1 簡易數(shù)字頻率計原理框圖1.2設計內(nèi)容（1）計數(shù)器設計；（2）鎖存電路設計；（3）

4、譯碼顯示電路設計；（4）輸入電路設計；（5）電源電路設計。2 方案選擇2.1 簡易數(shù)字頻率計電路概述， 圖2 簡易數(shù)字頻率計原理圖頻率計的設計以at89s51單片機為核心，利用他內(nèi)部的定時計數(shù)器完成待測信號周期頻率的測量。信號通過整形放大后，輸入單片機中的計數(shù)器，運用單片機中的定時器設置每隔一秒鐘將計數(shù)器中數(shù)據(jù)輸出，通過數(shù)碼管顯示。單片機作為控制中心，隨時檢測和計錄輸入信號的頻率，并控制輸出顯示和輸入是否超載。而顯示電路用兩個四位一體的數(shù)碼管實現(xiàn)。為簡化硬件電路，用動態(tài)顯示的方式，依次點亮個數(shù)碼管,這樣不僅僅是簡化了電路，而且每一時刻四位數(shù)碼管只相當于一位數(shù)碼管的功耗，大大減少了功耗。程序設計

5、成只要完成一次測量，頻率計自動開始下一個測量循環(huán)，因此該頻率計具有連續(xù)測量的功能。 3 電路原理圖設計3.1 電路原理圖3.1.1 核心電路 用at89s51作為整個電路的控制中心和數(shù)據(jù)計算處理中心，其中p0口對應兩個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位，p1口為led動態(tài)點亮位。15腳用于信號輸入。具體系統(tǒng)原理圖如圖3所示 圖3 單片機控制單元電路3.1.2 顯示電路本次課程設計采用兩個四位一體數(shù)碼管，顯示輸入信號的頻率。因為頻率是一個實時變化量，我用一個的數(shù)碼管來顯示，每隔3秒更換一次數(shù)據(jù)。電路原理圖如圖4、5、6所示。各數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描的方式，這樣，兩個數(shù)碼管共八位的功耗只相當于一位數(shù)碼管顯示的功耗。

6、與液晶顯示相比，既可以實現(xiàn)所要求的功能節(jié)省了硬件成本，又大大減小了功耗。 圖4 動態(tài)點亮電路 圖5 譯碼電路 圖6 四位七段led數(shù)碼管 3.1.3 輸入電路輸入的信號有正弦波或脈沖波，而單片機所能讀入的信號只能是數(shù)字信號的方波，所以如果系統(tǒng)要測試正弦波的頻率，則需要加一信號輸入電路，該電路采用接口式獨立設計，不在系統(tǒng)內(nèi)部。能夠?qū)⒄也ㄕ煞讲?。整形電路是用集成運放搭建而成，運用集成運放的增益非常大，而又受限于運放的電源電壓的特點，可以實現(xiàn)將一定幅值的電壓信號整成標準的數(shù)字信號。有因為所設計的頻率計測量的頻率信號的幅值能夠達到越小越好，信號在進入整形電路之前設計了一個放大電路將信號放大。放大電

7、路也用集成運放構(gòu)建而成，因集成運放的穩(wěn)定性較好。所設計的放大整形電路如圖7所示： 圖7 輸入接口電路3.2 原理說明3.2.1 核心電路用at89s51作為整個電路的控制中心和數(shù)據(jù)計算處理中心，其中p0口對應兩個數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位，p1口為led動態(tài)點亮位。15腳用于信號輸入。具體系統(tǒng)原理圖如圖3所示3.2.2顯示電路本次課程設計采用兩個四位一體數(shù)碼管，顯示輸入信號的頻率。因為頻率是一個實時變化量，我用一個的數(shù)碼管來顯示，每隔3秒更換一次數(shù)據(jù)。電路原理圖如圖4、5、6所示。各數(shù)碼管的顯示采用動態(tài)掃描的方式，這樣，兩個數(shù)碼管共八位的功耗只相當于一位數(shù)碼管顯示的功耗。與液晶顯示相比，既可以實現(xiàn)所要求的

8、功能節(jié)省了硬件成本，又大大減小了功耗。3.2.3 輸入電路輸入的信號有正弦波或脈沖波，而單片機所能讀入的信號只能是數(shù)字信號的方波，所以如果系統(tǒng)要測試正弦波的頻率，則需要加一信號輸入電路，該電路采用接口式獨立設計，不在系統(tǒng)內(nèi)部。能夠?qū)⒄也ㄕ煞讲?。整形電路是用集成運放搭建而成，運用集成運放的增益非常大，而又受限于運放的電源電壓的特點，可以實現(xiàn)將一定幅值的電壓信號整成標準的數(shù)字信號。有因為所設計的頻率計測量的頻率信號的幅值能夠達到越小越好，信號在進入整形電路之前設計了一個放大電路將信號放大。放大電路也用集成運放構(gòu)建而成，因集成運放的穩(wěn)定性較好。4 電路板圖設計4.1 簡易數(shù)字頻率計4.1.1 p

9、cb設計說明 將畫好的原理圖生成網(wǎng)絡表，然后再pcb文件中生成pcb板，布局布線后，覆銅。此板為雙面板，采用手動布局，自動布線，手動調(diào)整。其中電源線網(wǎng)絡為粗線，其余為細線。4.1.2 pcb電路圖 附錄仿真結(jié)果：1.元器件符號生成2.原理圖生成 3.網(wǎng)絡表載入成功4.pcb文件生成元件列表：元件型號序號封裝主要參數(shù)74als138u3dip-1674ls245u1dip-208051 u2dip-40capc2rad-0.322pfcapc1rad-0.322pfcrystaly1xtal-1component_1r10dip-12component_1r11dip-12electro1c3r

10、b-.5/1.010ufres2r7axial-0.4390res2r8axial-0.4390res2r9axial-0.4390res2r6axial-0.4390res2r2axial-0.4390res2r1axial-0.410kres2r3axial-0.4390res2r4axial-0.4390res2r5axial-0.4390at89c51單片機及其引腳說明：89c51是一種高性能低功耗的采用cmos工藝制造的8位微控制器，它提供下列標準特征：4k字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的ram,32條i/o線，2個16位定時器/計數(shù)器, 一個5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串

11、行口, 片上震蕩器和時鐘電路。引腳說明：·vcc：電源電壓·gnd:地·p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，作為輸出口用時，每個引腳能驅(qū)動8個ttl邏輯門電路。當對0端口寫入1時，可以作為高阻抗輸入端使用。當p0口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設定成地址數(shù)據(jù)總線復用的形式。在這種模式下，p0口具有內(nèi)部上拉電阻。在eprom編程時，p0口接收指令字節(jié)，同時輸出指令字節(jié)在程序校驗時。程序校驗時需要外接上拉電阻。·p1口：p1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p1口的輸出緩沖能接受或輸出4個ttl邏輯門電路。當對p1口寫1時，它們

12、被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當作為輸入端使用時，p1口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（iil）。·p2口：p2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的i/o端口。p2口的輸出緩沖能驅(qū)動4個ttl邏輯門電路。當向p2口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（iil）。p2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如movx dptr）時，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，p2口使用強大的內(nèi)部上拉電阻功能當輸出1時。當利用8位地址線訪問

13、外部數(shù)據(jù)存儲器時（例movx r1）,p2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當eprom編程或校驗時，p2口同時接收高8位地址和一些控制信號。·p3口：p3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的i/o端口。p3口的輸出緩沖能驅(qū)動4個ttl邏輯門電路。當向p3口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（iil）。p3口同時具有at89c51的多種特殊功能，具體如下表所示:端口引腳第二功能p3.0rxd (串行輸入口)p3.1txd（串行輸出口）p3.2 (外部中斷0)p3.3（外部中斷1）p3.4t0（定時器

14、0）p3.5t1（定時器1）p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器都選通）·rst:復位輸入。當振蕩器工作時，rst引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。·ale/:當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當在flash編程時還可以作為編程脈沖輸出（）。一般情況下，ale是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ale脈沖。·：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。當at89c52執(zhí)行外部程序存儲器的指令時，每個機器周期兩次有效，除了當訪問外部數(shù)據(jù)

15、存儲器時，將跳過兩個信號。·/vpp:外部訪問允許。為了使單片機能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從0000h到fffh單元的指令，必須同gnd相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復位時ea端會自動內(nèi)部鎖存。當執(zhí)行內(nèi)部編程指令時，應該接到vcc端。·xtal1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時鐘電路的輸入端。·xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。課程設計感想： 本次課程設計，我通過用protel學會了如何設計電路板。設計結(jié)合以前對單片機和數(shù)字電路的認識，通過參考資料，成功設計了一個簡易數(shù)字頻率計。該設計采用51單片機和ttl芯片，配上相關軟件即可形成精準的頻率計。設計中，電路是以前就學習過的，這里只是將其轉(zhuǎn)化成protel的電路原理圖，通過繪制原理圖，我學會了自己創(chuàng)作原理圖符號，并自