課程設計：便攜式數(shù)字頻率計,小組成員：王永剛、張靈子、張鑫、張衛(wèi)丹、李玉婷 2011年12月10日,curriculum design,目錄,一、設計任務與要求 二、電路設計 1.設計方案 2.設計要求 3.設計使用器件 三、調(diào)試階段 四、課程設計實況 五、個人心得,一、設計任務與要求,1、設計任務 設計一個便攜式數(shù)字頻率計 2、設計要求 設計的電路占空比為12，T=0.658s，f=1.23Hz,與人的心率相仿。,二、電路設計,1.設計方案 圖1 原理框圖 2.電路工作原理,傳感器,放大整形,倍頻電路,閘門自動清零電路,三位顯示,譯碼驅(qū)動,三位BCD計數(shù)器,2.1脈沖信號源 pulse signal source,基于555芯片的多諧振蕩器 如圖3所示由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端Ct放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放點。輸出信號的時間參數(shù)是T=tw1+tw2,tw1=0.7(R1+R2)C，tw2=0.7R2C,圖3 多諧振蕩器,圖2 555芯片管腳圖,2.1脈沖信號源 pulse signal source,該部分采用NE555構成可調(diào)的多諧振蕩器來模擬心跳脈沖，其電路如圖2所示，通過調(diào)整，本電路的占空比為12，T=0.658s，f=1.23Hz,與人的心率相仿。,圖4 模擬傳感器電路圖,2.2倍頻電路 frequency multiplier circuit,基于555芯片的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 觸發(fā)電路由C1、R1、D構成，其中D為箝位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開通，輸出端F輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號經(jīng)C1加到2端。使2端電位瞬時低于1/3Vcc，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個暫態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當Vc充電到2/3Vcc時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關管T重新導通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關管放電，暫態(tài)結束，回復穩(wěn)態(tài)，為下個觸發(fā)脈沖的來到做好準備。 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tw決定于外接元件R、 C的大小。Tw=1.1RC,圖5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2.2倍頻電路 frequency multiplier circuit,74LS04非門,74LS32或門,圖6 74LS04管腳圖,圖7 74LS32管腳圖,2.2倍頻電路 frequency multiplier circuit,如圖8所示，該電路采用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，一個非門，一個或門構成，每個單穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)時間約為0.11s，如下圖3所示，通過反向器，進入兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖相位差為半個周期。 故當從脈沖信號源來的一個脈沖，經(jīng)過倍頻電路后，將會產(chǎn)生兩個脈沖信號，即實現(xiàn)了兩倍頻。,圖8 倍頻電路,2.3記數(shù)、譯碼、顯示電路 count 、code、display,CD4511芯片說明 如圖9所示，CD4511芯片說明如下： （1）A、B、C、DBCD碼輸入端 （2）a、b、c、d、e、f、g是譯碼器輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。 （3）LT是測試輸入端，LT=“0”時，譯碼輸出全為“1”，數(shù)碼管顯示“8”。 （4）BI端是消隱輸入端，BI=“0”時，譯碼輸出全為“0”，譯碼管顯示“0”。 （5）LE端是鎖存端，LE=“1”時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE=“0”時的狀態(tài)。,圖9 CD4511管腳圖,2.3記數(shù)、譯碼、顯示電路 count 、code、display,如圖10所示，4553電路包括BCD計數(shù)器，鎖存器，時鐘輸入端整形電路，振蕩器電路，掃描電路，還有三個為選擇輸出DS1，DS2,DS3. （1）CLK是低電平觸發(fā)的十進制計數(shù)器的時鐘輸入端。 （2）LE是鎖存器的鎖存允許端，LE=“0”時，計數(shù)器信息輸入鎖存器，LE=“1”時，將保持鎖存信息保持不變，此時即使再加復位信號，也將保持原有信息不變。所以LE端應施加“0”電平，以便將鎖存器的信息清除。 （3）DIS是時鐘禁止端，當DIS=“0”時，計數(shù)器開始計數(shù)，當DIS=“1”時，計數(shù)器停止計數(shù)。 （4）MR是清零端。 （5）C1A，C2A間的電容決定了振蕩頻率，一般C=1000PF。 （6）DS1，DS2，DS3是三個為輸出端，當他們?yōu)椤?”時，數(shù)碼管不顯示。,圖10 CD4553管腳圖,2.3記數(shù)、譯碼、顯示電路 count 、code、display,該電路主要由CD4553和CD4511構成，CD4553為三位BCD計數(shù)器，具有記數(shù)，清零，鎖存，時鐘控制等功能。CD4511為一片BCD鎖存T段譯碼驅(qū)動器。,圖11 記數(shù)、譯碼、顯示電路圖,2.4閘門控制電路 gate control circuit,如圖12所示，CD4060是震蕩、分頻集成電路，它是一片14位二進制串行計數(shù)分頻器，內(nèi)部的兩個反相器與外加的Rt、Rs、Ct組成振蕩器，振蕩頻率由電容、電阻的乘積決定，震蕩頻率經(jīng)過10級分頻，可以得到10種頻率。 （1）12腳是清零端，若為高電平，則計數(shù)器的輸出全為零，并使振蕩器停止工作，使用時應使它為低電平。 （2）9腳接電容 （3）1腳，10腳外接電阻。在本機中取Rs=16K，Rt=1K，Ct=10F，7腳輸出f=16Hz，T=6s的 脈沖信號，經(jīng)CD4017進行延時后，輸出T=60s的脈沖信號，閘門信號為他的半個周期30s，即計數(shù)器可以連續(xù)計時30s。,圖12 4060芯片管腳圖,2.4閘門控制電路 gate control circuit,本電路利用CD4060，14位二進制串行計數(shù)器分頻器，調(diào)節(jié)電容和電阻可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率，從而控制閘門時間，本電路的閘門時間為30秒，即計數(shù)器可以連續(xù)記時30秒。,2.5自動清零電路 open and short zeroing circuit,CD4017芯片說明 如圖13所示，CD4017是十進制記數(shù)脈沖分頻器，這種計數(shù)器只有譯碼選中的輸出端為高電平，其余輸出均為低電平。 （1）12腳：級聯(lián)進位輸出端 （2）14腳：時鐘輸入端，脈沖下降沿有效。 （3）15腳：清零輸入端，加高電平時清零。,圖13 4017芯片管腳圖,2.5自動清零電路 open and short zeroing circuit,本電路利用了一片CD4017、一片74LS00，該電路連在4060和4533之間，利用4533的清零、時鐘控制功能與本電路的結合，構成了自動清零電路。,圖14 閘門、自動清零電路,3.設計使用器件,表1 設計使用器件統(tǒng)計表,三、調(diào)試階段,根據(jù)電路圖檢查接線及所連接的元件是否正確 使用萬能表檢測各接線與面包板之間是否牢固 檢測各分電路的信號輸入、輸出是否合理,通過各步檢測，我們成功改正了二極管接反的錯誤，判斷出芯片模擬傳感器電路中的KA555燒壞并及時更換。,四、課程設計實況,五、個人心得,王永剛 張靈子 張衛(wèi)丹 張鑫 李玉婷,個人心得by王永剛,這次的課程設計我受益匪淺，下面跟大家分享一下我的體會。一開始老師說到的時候，自己覺得很新鮮，又不太了解到底是什么，就這樣開始了我們的研究。取實驗器材，由于自己是小組長，所以得保管我們組的器材，我小心翼翼的保存著。拿到課題之后，我們便開始了本次的課程設計，一開始的時候，大家都有點摸不到頭緒，我們首先了解了電路板的構造，后來我們經(jīng)過研究討論，一一分配了任務，她們負責整個電路圖的構接，我們倆個男生負責器材的挑選。然后便開始了電路圖的連接，連接時真得一絲不茍啊，稍不留神就連錯了，我倆給她們掐線，她們進行連接。連接是枯燥而又乏味的，但大家明白這是我們的任務，就必須完成，慢慢的我們連成了第一個電路圖，時間也過得飛速，轉(zhuǎn)眼就到晚上了，我們馬上就要連完了，所以大家都在加把勁，最后一起叫的外賣，第一次幾個人一起在實驗室吃飯，別有一番感覺啊，其中也遇到了很多困難，我們抑或團結協(xié)作，抑或問學姐，最終得以完成了整個電路圖的連接。最后進入了實驗的調(diào)試階段，我們都抱著一次成功的心態(tài)期待著，但事與愿違，我們第一天失敗了，那時已經(jīng)9點多了，我們不得不結束了第一天的實驗。第二天我們繼續(xù)著，檢查著電路有沒有連錯，線有沒有接好，芯片有沒有接觸好，這些初步問題，檢查的時候需要異常的耐心。最終我們得到了初步的結果，但大家都盡力了。我們?yōu)榱诉@次實驗都付出了很多，有的時候連吃飯的時間都沒有，沒有付出，怎么有收獲呢，我想這就是魅力所在吧。本次實驗我最大的體會就是團隊合作的精神，和做事情一絲不茍的態(tài)度，我想通過本次實驗，我的認識會達到一個新的高度。,個人心得by張靈子,結束了兩周的課程設計實驗，讓我感慨頗多，從最初知道課題、設計實驗步驟、校正、實踐到最后的總結、書面討論，都融入了每一位團隊隊員的心血。實驗結果的成敗讓我們感覺與自己的榮辱息息相關。 最初當拿到課題的時候，讓我們這些很少有實踐經(jīng)驗的大學生多少有些不知所措，但經(jīng)過我們組內(nèi)討論，漸漸地理清了思路，摸索出了設計的方式，在電路板上以電路圖為基礎進行拆分、對應，整體的布局確定后，我們按照設計的電路圖進行導線的連接。這項工作可以說看似簡單，但理論的電路圖變換成導線、同時還要講求板面的簡潔、利落，就需要連接者細心的改變連接方式，利用板面自有的內(nèi)部電路，對導線的連接進行最簡化，這就無形中提高了難度。經(jīng)過兩天的攻堅，我們終于完成了板面的連接，接下來就是調(diào)試、校驗，完善。 可是，既是課程設計就要把自己的成果向大家展示，怎樣把結果展現(xiàn)在大家眼前也成為了一個問題。不僅要直觀，還有簡單明了。于是我們精心設計了PPT，盡量運用簡練的語言對實驗過程結果進行概括、總結。 這次設計實踐中，我們所有隊員都非常積極、努力，在電路板連接這一關鍵階段，我們甚至采取了人員輪換的辦法，人歇事不歇，從早上開始但晚上，我們五位隊員用自己的汗水和智慧完成了大體的連接。等待我們的只剩下一些細微的調(diào)試和整體視覺感上的美化。 在后期的工作中，我們金誠合作，讓我感覺到了團隊的力量是偉大的，如果沒有我們隊員的積極配合與全身心的投入，我們的設計課程是不可能如此順利和快速的進行的，每一個步驟有條不紊的進行，也體現(xiàn)了隊員的細致，對每一個細節(jié)都嚴格把關，有力的保證了課程設計的順利進行。 通過這次課程設計，我懂得了許多。團隊的力量、合作的重要、個人的意識，都是每一次合作能夠成功的保障。,個人心得by張衛(wèi)丹,通過兩周的課程設計，讓我從課本知識走向?qū)嶋H的實踐，踐行踐知，把書本的知識學以致用，并在在實踐中找不足。以下幾點是我對這次課程設計的總結： 1.熟練掌握課本知識。 基礎知識是一切實踐的基礎，只有靈活運用知識，才能發(fā)展自己的思維空間。讓時間過程簡單實用。我拿到課題后，經(jīng)過組內(nèi)討論，運用學過的模電、數(shù)點知識，逐步計算分析，最后確定本次課程設計的最終方案，這個過程的對錯將直接影響實驗的成敗。所以我們都給予了極度的重視。 2.團隊合作能力。 本次我們隊的課程設計共5人，每人都有自己擅長的地方，經(jīng)過討論分析，我們采取明確的分工制度，讓每個人都充分發(fā)揮自己優(yōu)勢，每個人都融入本次實踐中，所以實驗進行的既省時又順利。合作能力使我們?nèi)谌爰w，發(fā)展自己才能的必不可少的能力。 3.動手能力。 經(jīng)過理論分析和分工后我們進入實踐操作環(huán)節(jié)，首先我們要查找所用電器元件及其使用原則，之后我們檢查所用面板等器件是否完好等等準備工作。我們按照電路原路圖以芯片為單位，一步步連接電路板，完成連接后，我們再次檢查，及時調(diào)試。 4.做事態(tài)度。 電路板連接是一個既“簡單”又“麻煩”的過程，簡單是因為只要按部就班就不會出錯。麻煩是因為每步都要小心，一旦出一點錯誤就會影響最后結果。還要設計板面，怎么連接才會最美觀、簡潔。所以做事態(tài)度需要小心謹慎，同時邊做邊思考。 5.表達能力。 過程結束后，怎樣才能把自己的結果展示給別人也是一個必不可少的過程。我們通過實驗報告，PPT展示，答辯等方式，讓別人觀察、考查我們的實驗，表達的好壞，影響到對實驗結果的認可程度，所以我們精心設計了報告及PPT等結果展示。,個人心得by張鑫,經(jīng)歷了兩周的不懈努力，我們終于完成了課程設計實踐的部分，這次課程設計的經(jīng)歷給我啟發(fā)很大，受益匪淺，讓我懂得了很多道理，對團隊的合作和未來的大學生必須具備的能力有了更深入的理解。 首先，作為新時代的大學生必須具備團隊合作的意識。以這次課程設計為例，我們小組的五個人都有各自的任務，每個人都充分發(fā)揮了自己的特長，實現(xiàn)了人力資源的利用最優(yōu)化，這是個人工作和團隊工作所無法比擬的優(yōu)勢。如果沒有團隊的意識，什么事情都獨來獨往，那么，任何事情都會讓你付出比別人更大的努力才會達到相同的目標。所以，團隊意識的形成已成為當代大學生的必修課，團隊的合作使得問題的解決具有跟多的途徑和方式，不僅會讓壓力分散開而且還可以在解決時候相互照應、相互幫助，達到事半功倍的效果。 其次，這次課程設計的過程中，我們每個人都在追求完美。從最初得到這個課題開始，我們就開始準備資料，收集相關信息，利用電路圖安排電路板的元器件位置，不僅達到美觀的效果，還要實現(xiàn)連線的簡潔與方便。到后來的連線，我們力求接線的簡單，盡量利用電路板的自帶內(nèi)部關系來減少電線的連接，這樣既可以起到節(jié)省資源的作用，同時還給電路板一種干凈整潔的感覺。想做到這些，就需要我們在實踐前做好充分的實驗準備，所有的組員都獻計獻策、群策群力，把優(yōu)秀的想法集中到一起，做出了整套完善，細致的方案，按照計劃逐步的付諸實踐，使得我們的實踐進度順利快速，卻還井然有序，有條不紊。 最后，在完成了一些列攻堅過后，還需解決的問題就是實驗結果的展示，這個不僅需要清晰的思路將我們的整體步驟展示出來，還需要更直觀的視覺方式呈現(xiàn)出來，這樣才能夠達到所謂的簡潔明了，通俗易懂。為此我們精心準備了PPT、實踐報告和心得體會，把整個實踐過程的點滴流露在筆尖，記錄在紙上，以此方式傳遞給更多的人。 可以說這次課程設計實踐課更是一次人生中的哲學課，讓我體會到很多，為了實踐我們隊員在實驗時輪流職守，舍去了中午休息的時間、犧牲了晚飯的機會，集體埋頭在實驗室中工作，早起晚歸。而這一切只有一目的就是保證實驗的成功。這讓我感動，這是除了實踐本身之外的情感收獲，也讓我頗有感慨。 希望這樣的課程設計課可以長久持續(xù)的開展下去。,個人心得by李玉婷,通過參加這次數(shù)電的課程設計，首先我認為認為團隊合作是做設計中最重要的，只有大家分工明確了，才能事半功倍。 其次我深刻地感覺到自己的動手能力不強，僅僅在書本上學習的知識是不夠的，這還得具體運用到實際中來。我們的課程設計便攜式數(shù)字頻率計，包括了脈沖信號源電路、倍增電路、計數(shù)譯碼顯示電路、閘門控制電路、自動清零電路，共使用了7種芯片KA555、CD4511、CD4553、CD4060、CD4017和74LS00、74LS32。 剛拿到我們的題有點不知所措，更不知從何下手，但是當看到實物之后，我們才慢慢上道從芯片的功能著手，然后設計電路。在這其中我們學會了查找文獻以及上網(wǎng)求助等方法，并和老師有了進一步的交流。 當我們把所有的思路都理清之后，便開始在“面包板”上連接實物圖。經(jīng)過一整天的時間終于按圖完成了線路連接，大家十分欣喜。隨即連接到電源上進行試驗，結果卻不敬人意，于是開始了漫長的調(diào)試過程。我們挨個檢查分電路的連接的元件是否正確，連接線是否和面包板連接牢固。當這些驗證完畢之后，我們發(fā)現(xiàn)還是得不到預期的效果，于是我們經(jīng)過討論開始檢測各分電路的信號是否接入，最后發(fā)現(xiàn)在倍增電路的第二片555芯片的輸出信號不對，這才找到了設計中的錯誤。 整個設計過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁、馬虎，對電路調(diào)試要一步一步慢慢來，這也要求我們要有一個比較正確的調(diào)試方法。最重要的是要熟練地掌握書本知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。 總之，實物對于我們學習掌握電子電路知識是很有必要的，這次課程設計是一次理論與實踐的結合，正是鍛煉我們自己的好機會！,感謝指導,2011.12.10,THANK YOU FOR INSTRUCTING,