1、課程實驗安排 課程一 常用元器件的識別 （2課時）儀器、儀表的使用 （1課時）課程二 電源電路原理圖 （2課時）課程三 555原理及應用電路 (3課時)課程四 八段數碼管顯示 (2課時)課程五 數字邏輯電路計數器 (2課時)課程六 集成運算放大器（功放制作） (3課時)課程七 數字頻率計 （綜合實驗） (4課時)課程八 AVR單片機I/O口的應用 (3課時)課程一 常用元器件的識別 儀器、儀表的使用（主講人：連劉雷）主要講解示波器、信號發生器等常用儀器儀表的使用，電路焊接的基礎（不懂焊接）一、常用元器件的識別(一)：電阻 電阻在電路中用“R”加數字表示，如：R1表示編號為1的電阻。電阻在電路中

2、的主要作用為分流、限流、分壓、偏置等。 1、參數識別：電阻的單位為歐姆（），倍率單位有：千歐（K），兆歐（M）等。換算方法是：1兆歐=1000千歐=1000000歐電阻的參數標注方法有3種，即直標法、色標法和數標法。a、數標法主要用于貼片等小體積的電路，如： 472 表示 47×100（即4.7K）； 104則表示100Kb、色環標注法使用最多，現舉例如下： 四色環電阻 、五色環電阻（精密電阻） 2、電阻的色標位置和倍率關系如下所示：顏色 有效數字 倍率 允許偏差（%）銀色 / x0.01 ±10金色 / x0.1 ±5黑色 0 +0 /棕色 1 x10 

3、7;1紅色 2 x100 ±2橙色 3 x1000 /黃色 4 x10000 /綠色 5 x100000 ±0.5藍色 6 x1000000 ±0.2紫色 7 x10000000 ±0.1灰色 8 x100000000 /白色 9 x1000000000 /（二）、電容 1、電容在電路中一般用“C”加數字表示（如C13表示編號為13的電容）。電容是由兩片金屬膜緊靠，中間用絕緣材料隔開而組成的元件。電容的特性主要是隔直流通交流。 電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小，電容對交流信號的阻礙作用稱為容抗，它與交流信號的頻率和電容量有關。容抗XC=1/2f c

4、 (f表示交流信號的頻率，C表示電容容量) 電話機中常用電容的種類有電解電容、瓷片電容、貼片電容、獨石電容、鉭電容和滌綸電容等。 2、識別方法：電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同，分直標法、色標法和數標法3種。電容的基本單位用法拉（F）表示，其它單位還有：毫法（mF）、微法（uF）、納法（nF）、皮法（pF）。其中： 1法拉=103毫法=106微法=109納法=1012皮法容量大的電容其容量值在電容上直接標明，如10 uF/16V容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數字表示字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF 數字表示法：一般用三位數字表示容量大小，

5、前兩位表示有效數字，第三位數字是倍率。如： 102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF 3、電容容量誤差表符號： F G J K L M允許誤差 ±1%、 ±2%、±5%、 ±10%、 ±15%、 ±20%如：一瓷片電容為104J表示容量為0. 1 uF、誤差為±5%。（三）、晶體二極管晶體二極管在電路中常用“D”加數字表示，如： D5表示編號為5的二極管。 1、作用：二極管的主要特性是單向導電性，也就是在正向電壓的作用下，導通電阻很?。欢诜聪螂妷鹤饔孟聦娮?/p>

6、極大或無窮大。正因為二極管具有上述特性，無繩電話機中常把它用在整流、隔離、穩壓、極性保護、編碼控制、調頻調制和靜噪等電路中。 電話機里使用的晶體二極管按作用可分為：整流二極管（如1N4004）、隔離二極管（如1N4148）、肖特基二極管（如BAT85）、發光二極管、穩壓二極管等。 2、識別方法：二極管的識別很簡單，小功率二極管的N極（負極），在二極管外表大多采用一種色圈標出來，有些二極管也用二極管專用符號來表示P極（正極）或N極（負極），也有采用符號標志為“P”、“N”來確定二極管極性的。發光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長腳為正，短腳為負。 3、測試注意事項：用數字式萬用表去測二極管時，

7、紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極，此時測得的阻值才是二極管的正向導通阻值，這與指針式萬用表的表筆接法剛好相反。 4、常用的1N4000系列二極管耐壓比較如下：型號 1N4001、1N4002、1N4003、 1N4004 、1N4005、 1N4006 、1N4007耐壓（V） 50、100 、200 、400、600 、800 、1000電流（A） 均為1（四）、穩壓二極管 穩壓二極管在電路中常用“ZD”加數字表示，如：ZD5表示編號為5的穩壓管。 1、穩壓二極管的穩壓原理：穩壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當把穩壓管接入電路以后，若由于電源電壓發生波動，

8、或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。 2、故障特點：穩壓二極管的故障主要表現在開路、短路和穩壓值不穩定。在這三種故障中，前一種故障表現出電源電壓升高；后2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩定。常用穩壓二極管的型號及穩壓值如下所示： 型 號：1N4728、 1N4729、 1N4730、 1N4732、 1N4733 、1N4734 、1N4735、 1N4744 、1N4750、 1N4751 、1N4761 穩壓值：3.3V 、3.6V 、3.9V 、4.7V 、5.1V、 5.6V 、6.2V 、15V、 27V 、30V 、75V（五）、電感 電感在電

9、路中常用“L”加數字表示，如：L6表示編號為6的電感。電感線圈是將絕緣的導線在絕緣的骨架上繞一定的圈數制成。直流可通過線圈，直流電阻就是導線本身的電阻，壓降很?。划斀涣餍盘柾ㄟ^線圈時，線圈兩端將會產生自感電動勢，自感電動勢的方向與外加電壓的方向相反，阻礙交流的通過，所以電感的特性是通直流阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。電感在電路中可與電容組成振蕩電路。 電感一般有直標法和色標法，色標法與電阻類似。如：棕、黑、金、金表示1uH（誤差5%）的電感。電感的基本單位為：亨（H） 換算單位有： 1H=103mH=106uH。 （六）、變容二極管 變容二極管是根據普通二極管內部 “PN結” 的結電容能隨外

10、加反向電壓的變化而變化這一原理專門設計出來的一種特殊二極管。 變容二極管在無繩電話機中主要用在手機或座機的高頻調制電路上，實現低頻信號調制到高頻信號上，并發射出去。在工作狀態，變容二極管調制電壓一般加到負極上，使變容二極管的內部結電容容量隨調制電壓的變化而變化。 變容二極管發生故障，主要表現為漏電或性能變差：（1）發生漏電現象時，高頻調制電路將不工作或調制性能變差。（2）變容性能變差時，高頻調制電路的工作不穩定，使調制后的高頻信號發送到對方被對方接收后產生失真。 出現上述情況之一時，就應該更換同型號的變容二極管。（七）、晶體三極管 晶體三極管在電路中常用“Q”加數字表示，如：Q17表示編號為1

11、7的三極管。 1、特點：晶體三極管（簡稱三極管）是內部含有2個PN結，并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型兩種類型，這兩種類型的三極管從工作特性上可互相彌補，所謂OTL電路中的對管就是由PNP型和NPN型配對使用。 電話機中常用的PNP型三極管有：A92、9015等型號；NPN型三極管有：A42、9014、9018、9013、9012等型號。 2、晶體三極管主要用于放大電路中起放大作用，在常見電路中有三種接法。為了便于比較，將晶體管三種接法電路所具有的特點列于下表，供大家參考。名稱：共發射極電路共集電極電路（射極輸出器）共基極電路輸入阻抗：中（幾百歐幾千歐）大（幾十千歐以上）小（

12、幾歐幾十歐）輸出阻抗中（幾千歐幾十千歐）?。◣讱W幾十歐）大（幾十千歐 幾百千歐）電壓放大倍數大?。ㄐ∮?并接近于1）大電流放大倍數大（幾十）大（幾十）?。ㄐ∮?并接近于1）功率放大倍數 大（約3040分貝） 小（約10分貝）中（約1520分貝）頻率特性高頻差好好 應用 多級放大器中間級，低頻放大 輸入級、輸出級或作阻抗匹配用高頻或寬頻帶電路及恒流源電路（八）、場效應晶體管 1、場效應晶體管具有較高輸入阻抗和低噪聲等優點，因而也被廣泛應用于各種電子設備中。尤其用場效管做整個電子設備的輸入級，可以獲得一般晶體管很難達到的性能。 2、場效應管分成結型和絕緣柵型兩大類，其控制原理都是一樣的。如圖1-1

13、-1是兩種型號的表示符號。 3、場效應管與晶體管的比較（1）場效應管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用場效應管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，選用晶體管。（2）場效應管是利用多數載流子導電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數載流子，也利用少數載流子導電。被稱之為雙極型器件。（3）有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。 （4）場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。二、主要講解

14、示波器、信號發生器等常用儀器儀表的使用三、二極管實現流水燈（選做）課程二 電源電路原理圖（主講人：張濤）一、 目的1、 了解電源的內部電路組成及工作原理。2、 熟練掌握電源的使用。二、 儀器及器件 雙12伏變壓器、W7812 、 W7912 、W7805 、 W7905 電容 、電阻、整流橋或整流二極管、發光二極管。三、 原理及內容集成穩壓電源的分類三端集成穩壓器 可分為可調與不可調（固定）不可調的由負穩壓W79XX系列與正穩壓W78XX系列兩部分。（注：型號后XX兩位數字代表輸出電壓值）。輸出電壓額定電壓值有: 5V、9V、12V 、18V、 24V等 。 W7800系列穩壓器外形 W790

15、0系列穩壓器外形 1端: 輸入端 1端: 公共端2端: 公共端 2端: 輸入端3端: 輸出端 3端: 輸出端輸出為固定正壓時的接法如圖所示注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！輸入端接電容Ci可以進一步濾除紋波，輸出端接電容Co能改善負載的瞬態影響，使電路穩定工作。Ci，Co最好是用漏電流小的鉭電容，要是用電解電容，則要比圖中數值多10倍。下圖為輸出正負電壓的實際電路圖課程三 555原理及應用電路（主講人：趙彥奇）一、 目的3、 了解定時器的內部電路組成及工作原理。4、 掌握用定時器單穩態電路，多諧振蒎器，施密特觸發器等電路。5、 學習用雙蹤示波器測量脈沖波形的幅度，脈寬，周期的方法。二、

16、 儀器及器件 穩壓電源，實驗板，雙蹤示波器，數字萬用表各一塊，集成塊，555定時器一塊，電阻，電容。三、 原理及內容555定時器是一種應用極為廣泛的中規模集成電路。該電路使用靈活、方便,只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器.廣泛應用于信號的產生、變換、控制與檢測。555內部原理圖5G1555時基集成電路為例，說明其各腳功能：         5G1555時基電路有兩種結構。一種為金屬圓殼封裝（型號為5G1555），其外貌與管腳排列如圖39-1中（a）所示；另一種為陶瓷雙列封裝（型號為5G1555

17、C），其外貌與管腳排列如圖39-1中（b）所示。     無論是進口或國產的時基555集成電路，還是用何種材料封裝，其內部電路原理和管腳的功能則是完全一致的。其各管腳功能如下：腳接電源地線，即電源的負極；腳為低電位觸發端，簡稱低觸發端；腳為輸出端，可將繼電器、小電動機及指示燈等負載的一端與它相連，另一端接地或電源的正極；腳為低電位復位端；腳為電壓控制端，主要是用來調節比較器的觸發電位；6腳為高電位觸發端，簡稱高觸發端；腳為放電端；腳接電源正極。弄清各管腳的功能后，正確運用555時基集成電路就十分容易了。四、555電路應用時基集成電路555并不是一種通用型

18、的集成電路，但它卻可以組成上百種實用的電路，可謂變化無窮，故深受人們的歡迎。 555時基電路具有以下幾個特點：（1）555時基電路，是一種將模擬電路和數字電路巧妙結合在一起的電路；（2）555時基電路可以采用4515V的單獨電源，也可以和其它的運算放大器和TTL電路共用電源；（3）一個單獨的555時基電路，可以提供近15分鐘的較準確的定時時間；（4）555時基電路具有一定的輸出功率，最大輸出電流達200mA，可直接驅動繼電器、小電動機、指示燈及喇叭等負載。          因此，555時基電路可用作：脈

19、沖發生器、方波發生器、單穩態多諧振蕩器、雙穩態多諧振蕩器、自由振蕩器、內振蕩器、定時電路、延時電路、脈沖調制電路、儀器儀表的各種控制電路及民用電子產品、電子琴、電子玩具等。振蕩周期的計算T=0.7(R1+2R2)。例:555定時器構成的占空比可調的方波發生器。電路圖如下： 此電路利用D1，D2將電容器C充放電回路分開。再加上電位器調節，便構成占空比可調的方法發生器。Ucc通過R1，D1向電容C充電，充電時間為：tPH=0.7RAC電容C通過D2，R2及555中的三極管T1放電,放電時間為tPL=0.7RBC因而，振蕩頻率為：f=1/( tPH + tPL) = 1.43/(RA+RB)C輸出波

20、形的占空比為：q=RA/(RA+RB)該電路Ucc為5V電源。用示波器觀察波形。調節R2輸出波形的占空比可調，并用示波器讀出振蕩頻率f。課程四 八段數碼管顯示（主講人：楊會攀）一、目的：1、熟悉數碼管的基本結構，使用方法；2、 熟悉譯碼器的使用方法；3、 提高綜合實驗的技能；二、儀器及器件：穩壓電源 一臺 共陰數碼管 共陽數碼管 電阻 74LS47 74LS48導線若干二、內容及實驗步驟：1、LED顯示器結構及分類通過發光二極管芯片的適當連接（包括串聯和并聯）和適當的光學結構可構成發光顯示器的發光段或發光點。由這些發光段或發光點可以組成數碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數

21、碼管、符號管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統稱為字符顯示器。 2、LED顯示器結構基本的半導體數碼管是由七個條狀發光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪崿F09的顯示。其具體結構有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數字式”等。1） 反射罩式數碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個LED貼在與反射罩的七個反射腔互相對位的印刷電路板上，每個反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應金屬條之間連好30m的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內滴入環氧樹脂，再把帶有芯片的印刷電路板與反射罩對位粘合，然后固化。2） 反射罩式數碼管的封裝方

22、式有空封和實封兩種。實封方式采用散射劑和染料的環氧樹脂，較多地用于一位或雙位器件。空封方式是在上方蓋上濾波片和勻光膜，為提高器件的可靠性，必須在芯片和底板上涂以透明絕緣膠，這還可以提高光效率。這種方式一般用于四位以上的數字顯示（或符號顯示）。3） 條形七段式數碼管屬于混合封裝形式。它是把做好管芯的磷化鎵或磷化鎵圓片，劃成內含一只或數只LED發光條，然后把同樣的七條粘在日字形“可伐”框上，用壓焊工藝連好內引線，再用環氧樹脂包封起來。4） 單片集成式多位數字顯示器是在發光材料基片上（大圓片），利用集成電路工藝制作出大量七段數字顯示圖形，通過劃片把合格芯片選出，對位貼在印刷電路板上，用壓焊工藝引出引

23、線，再在上面蓋上“魚眼透鏡”外殼。它們適用于小型數字儀表中。5） 符號管、米字管的制作方式與數碼管類似。6） 矩陣管（發光二極管點陣）也可采用類似于單片集成式多位數字顯示器工藝方法制作。3、LED顯示器分類（1）按字高分：筆畫顯示器字高最小有1mm（單片集成式多位數碼管字高一般在23mm）。其他類型筆畫顯示器最高可達12.7mm（0.5英寸）甚至達數百mm。（2）按顏色分有紅、橙、黃、綠等數種。（3）按結構分，有反射罩式、單條七段式及單片集成式。（4）從各發光段電極連接方式分有共陽極和共陰極兩種。所謂共陽方式是指筆畫顯示器各段發光管的陽極（即P區）是公共的，而陰極互相隔離。所謂共陰方式是筆畫顯

24、示器各段發光管的陰極（即N區）是公共的，而陽極是互相隔離的。如圖所示。4、 LED顯示器的參數由于LED顯示器是以LED為基礎的，所以它的光、電特性及極限參數意義大部分與發光二極管的相同。但由于LED顯示器內含多個發光二極管，所以需有如下特殊參數：發光強度比a.由于數碼管各段在同樣的驅動電壓時，各段正向電流不相同，所以各段發光強度不同。所有段的發光強度值中最大值與最小值之比為發光強度比。比值可以在1.52.3間，最大不能超過2.5。b.脈沖正向電流若筆畫顯示器每段典型正向直流工作電流為IF，則在脈沖下，正向電流可以遠大于IF。脈沖占空比越小，脈沖正向電流可以越大。5、譯碼 顯示電路1）74LS

25、47驅動共陽八段碼如圖：2）74LS48驅動共陰八段碼由于74LS48內置限流電阻，所以可直接驅動。6、原理圖下面的兩個電路圖是由撥碼開關SWDIP-8提供二進制數的，供給74LS48與74LS47來驅動共陰與共陽的數碼管。三、總結：學習熟悉數碼管的使用，了解74LS47，74LS48芯片的使用，其是數字電路的基礎，也是常用電路。課程五 數字邏輯電路計數器（主講人：支東升）一、 目的1、 熟悉計數器、譯碼器和顯示器的使用方法。2、 提高綜合實踐的技能。3、 設計十進制，并用譯碼器和顯示器，顯示計數結果。二、 儀器及器件穩壓電源 一臺， 實驗板一塊， 面包板一塊。集成電路 74LS90、74LS

26、160、74LS47 共陽極數碼管。三、 內容及實驗步驟計數器是利用二進制代碼進行工作的數字設備基本部件，其應用范圍非常廣泛。在許多場合，常常需要把記數、計算、測量或處理的結果直接用十進制形式顯示出來。要達到這個目的，則必須有譯碼電路將計數器的二進制信息“翻譯”成十進制信息，再由數碼管顯示出來。譯碼器是將二進制譯成十進制的器件。這是我們選用的74LS47是BCD碼七段譯碼器兼驅動器，其驅動共陽極數碼管。使用共陽極數碼管時，公共端接電源正極，其他七個端a、b、c、d、e、f、g由相應的譯碼器的輸出驅動。驅動共陰極數碼管可用74LS48等譯碼器驅動器驅動。將計數器、譯碼驅動器、數碼管連接起來，組成

27、顯示電器，如下圖所示，圖中7490由CP加入單次脈沖觀察數碼管的計數器顯示功能。該電路是一個典型的數字邏輯電路，通過對該電路的練習，可使學到的理論知識與實踐聯系起來，達到加深理解和學會應用的目的。課程六 集成運算放大器（主講人：郝飛）目前廣泛應用的電壓型集成運算放大器是一種高放大倍數的直接耦合放大器。在該集成電路的輸入與輸出之間接入不同的反饋網絡，可實現不同用途的電路，例如利用集成運算放大器可非常方便的完成信號放大、信號運算（加、減、乘、除、對數、反對數、平方、開方等）、信號的處理（濾波、調制）以及波形的產生和變換。集成運算放大器的種類非常多，可適用于不同的場合。LM1875制作功放電路

28、60; LM1875采用TO-220封裝結構，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡單，且輸出功率較大。該集成電路內部設有過載過熱及感性負載反向電勢安全工作保護。 1、LM1875主要參數：         電壓范圍：1660V          靜態電流：50MmA         輸出功率：25W    

29、     諧波失真：0.02%，當f=1kHz，RL=8，P0=20W時         額定增益：26dB，當f=1kHz時         工作電壓：±25V         轉換速率：18V/S2、電路原理：        

30、 LM1875功放板由一個高低音分別控制的衰減式音調控制電路和LM1875放大電路以及電源供電電路三大部分組成，音調部分采用的是高低音分別控制的衰減式音調電路，其中的R02，R03，C02，C01，W02組成低音控制電路；C03，C04，W03組成高音控制電路；R04為隔離電阻，W01為音量控制器，調節放大器的音量大小，C05為隔直電容，防止后級的LM1875直流電位對前級音調電路的影響。放大電路主要采用LM1875，由1875，R08，R09，C066等組成，電路的放大倍數由R08與R09的比值決定，C06用于穩定LM1875的第4腳直流零電位的漂移，但是對音質有一定的影響，C07，R10的

31、作用是防止放大器產生低頻自激。本放大器的負載阻抗為416。  為了保證功放板的音質，電源變壓器的輸出功率不得低于80W，輸出電壓為2*25V，濾波電容采用2個2200UF/25V電解電容并聯，正負電源共用4個2200UF/25V的電容，兩個104的獨石電容是高頻濾波電容，有利于放大器的音質。 3、裝配與調試：   工具準備：20W電烙鐵一把，萬用電表一個，尖嘴鉗一把，螺絲刀一把，焊錫絲和松香水若干。   準備焊接：焊接時先焊接跳線，再焊接電阻，再焊電容，再焊整流管，再焊電位器，最后焊LM1875，焊接LM1875前

32、須先把LM1875用螺絲固定在散熱片上，否則在最后裝散熱片時螺絲很難打進去。LM1875與散熱片接觸的部分必須涂少量的散熱脂，以利散熱。焊接時必須注意焊接質量，對于初學者，可先在廢舊的電路板上多練習幾次，然后再正式焊接。   調試：本功放板調試特別簡單，電路板焊好電子元件后，要仔細檢查電路板有無焊錯的地方，特別要注意有極性的電子零件，如電解電容，橋式整流堆，一旦焊反即有燒毀元器件之險，請特別注意。接上變壓器，放大器的輸出端先不接揚聲器，而是接萬用電表，最好是數顯的，萬用表置于DC*2V檔。功放板上電注意觀察萬用電表的讀數，在正常情況下，讀數應在30mV以內，否則應

33、立即斷電檢查電路板。若電表的讀數在正常的范圍內，則表明該功放板功能基本正常，最后接上音箱，輸入音樂信號，上電試機，旋轉音量電位器，音量大小應該有變化，旋轉高低音旋鈕，音箱的音調有變化。   值得一試的實驗：將C6短路，用萬用表測LM1875輸出端的直流電位，看是否是在30MV以內，然后接上音箱試兩小時，用萬用表測LM1875輸出端的直流電位，看直流電位是否在30MV以內，如果是的話，則C6這個電容可以省掉，這樣的話，此放大板就成一個純直流功放了。 課程七 數字頻率計的設計與制作（主講人：原瑞彬）一、問題的引入： 在許多情況下，要對信號的頻率進行測量，利用示波器可以

34、粗略測量被測信號的頻率，精確測量則要用到數字頻率計。 二、設計目的： 本設計與制作項目可以進一步加深我們對數字電路應用技術方面的了解與認識，進一步熟悉數字電路系統設計、制作與調試的方法和步驟。 三、設計要求： 設計并制作出一種數字頻率計，其技術指標如下： （ 1 ）頻率測量范圍： 10 9999Hz 。 （ 2 ）輸入電壓幅度 >300mV 。 （ 3 ）輸入信號波形：任意周期信號。 （ 4 ）顯示位數： 4 位。 （ 5 ）電源： 220V 、 50Hz 四、所需儀器設備與器件 示波器、音頻信號發生器、邏輯筆、萬用表、數字集成電路測試儀、直流穩壓電源。 五、設計內容、方法與步驟： 1

35、設計內容 1 ）數字頻率計的基本原理 數字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻率是單位時間（ 1S ）內信號發生周期變化的次數。如果我們能在給定的 1S 時間內對信號波形計數，并將計數結果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數字頻率計首先必須獲得相對穩定與準確的時間，同時將被測信號轉換成幅度與波形均能被數字電路識別的脈沖信號，然后通過計數器計算這一段時間間隔內的脈沖個數，將其換算后顯示出來。這就是數字頻率計的基本原理。 2 ）系統框圖 從數字頻率計的基本原理出發，根據設計要求，得到如圖 13.4 所示的電路框圖。 圖 13.4 數字頻率計框圖 下面介紹框圖中各部分的功能及實現方法 （ 1 ）

36、電源與整流穩壓電路 框圖中的電源采用 50Hz 的交流市電。市電被降壓、整流、穩壓后為整個系統提供直流電源。系統對電源的要求不高，可以采用串聯式穩壓電源電路來實現。 （ 2 ）全波整流與波形整形電路 本頻率計采用市電頻率作為標準頻率，以獲得穩定的基準時間。按國家標準，市電的頻率漂移不能超過 0.5Hz ，即在 1 的范圍內。用它作普通頻率計的基準信號完全能滿足系統的要求。全波整流電路首先對 50Hz 交流市電進行全波整流，得到如圖 13.5 （ a ）所示 100Hz 的全波整流波形。波形整形電路對 100Hz 信號進行整形，使之成為如圖 13.5(b) 所示 100Hz 的矩形波。 圖 13

37、.5 全波整流與波形整形電路的輸出波形 波形整形可以采用過零觸發電路將全波整流波形變為矩形波，也可采用施密特觸發器進行整形。 （ 3 ）分頻器 分頻器的作用是為了獲得 1S 的標準時間。電路首先對圖 13.5 所示的 100Hz 信號進行 100 分頻得到如圖 13.6 （ a ）所示周期為 1S 的脈沖信號。然后再進行二分頻得到如圖 13.6 （ b ）所示占空比為 50 脈沖寬度為 1S 的方波信號，由此獲得測量頻率的基準時間。利用此信號去打開與關閉控制門，可以獲得在 1S 時間內通過控制門的被測脈沖的數目。 圖 13.6 分頻器的輸出波形 分頻器可以采用第 5 章介紹過的方法，由計數器通

38、過計數獲得。二分頻可以采用 觸發器來實現。 （ 4 ）信號放大、波形整形電路 為了能測量不同電平值與波形的周期信號的頻率，必須對被測信號進行放大與整形處理，使之成為能被計數器有效識別的脈沖信號。信號放大與波形整形電路的作用即在于此。信號放大可以采用一般的運算放大電路，波形整形可以采用施密特觸發器。 （ 5 ）控制門 控制門用于控制輸入脈沖是否送計數器計數。它的一個輸入端接標準秒信號，一個輸入端接被測脈沖?？刂崎T可以用與門或或門來實現。當采用與門時，秒信號為正時進行計數，當采用或門時，秒信號為負時進行計數。 （ 6 ）計數器 計數器的作用是對輸入脈沖計數。根據設計要求，最高測量頻率為 9999H

39、z ，應采用 4 位十進制計數器?？梢赃x用現成的 10 進制集成計數器。 （ 7 ）鎖存器 在確定的時間（ 1S ）內計數器的計數結果（被測信號頻率）必須經鎖定后才能獲得穩定的顯示值。鎖存器的作用是通過觸發脈沖控制，將測得的數據寄存起來，送顯示譯碼器。鎖存器可以采用一般的 8 位并行輸入寄存器，為使數據穩定，最好采用邊沿觸發方式的器件。 （ 8 ）顯示譯碼器與數碼管 顯示譯碼器的作用是把用 BCD 碼表示的 10 進制數轉換成能驅動數碼管正常顯示的段信號，以獲得數字顯示。 選用顯示譯碼器時其輸出方式必須與數碼管匹配。 3 ）實際電路 根據系統框圖，設計出的電路如圖 13.7 所示。 圖中，穩壓

40、電源采用 7805 來實現，電路簡單可靠，電源的穩定度與波紋系數均能達到要求 對 100Hz 全波整流輸出信號的分頻采用 7 位二進制計數器 74HC4024 組成 100 進制計數器來實現。計數脈沖下降沿有效。在 74HC4024 的 Q7 、 Q6 、 Q3 端通過與門加入反饋清零信號，當計數器輸出為二進制數 1100100 （十進制數為 100 ）時，計數器異步清零。實現 100 進制計數。為了獲得穩定的分頻輸出， 圖 13.7 數字頻率計電路圖 清零信號與輸入脈沖“與”后再清零，使分頻輸出脈沖在計數脈沖為低電平時保持一段時間（ 10mS ）為高電平。 電路中采用雙 JK 觸發器 74H

41、C109 中的一個觸發器組成 觸發器，它將分頻輸出脈沖整形為脈寬為 1S 、周期為 2S 的方波。從觸發器 Q 端輸出的信號加至控制門，確保計數器只在 1S 的時間內計數。從觸發器 端輸出的信號作為數據寄存器的鎖存信號。 被測信號通過 741 組成的運算放大器放大 20 倍后送施密特觸發器整形，得到能被計數器有效識別的矩形波輸出，通過由 74HC11 組成的控制門送計數器計數。為了防止輸入信號太強損壞集成運放，可以在運放的輸入端并接兩個保護二極管。 頻率計數器由兩塊雙十進制計數器 74HC4511 組成，最大計數值為 9999Hz 。由于計數器受控制門控制，每次計數只在 JK 觸發器 Q 端為

42、高電平時進行。當 JK 觸發器 Q 端跳變至低電平時， 端的由低電平向高電平跳變，此時， 8D 鎖存器 74HC374 （上升沿有效）將計數器的輸出數據鎖存起來送顯示譯碼器。計數結果被鎖存以后，即可對計數器清零。由于 74HC4518 為異步高電平清零，所以將 JK 觸發器的 同 100Hz 脈沖信號“與”后的輸出信號作為計數器的清零脈沖。由此保證清零是在數據被有效鎖存一段時間（ 10mS ）以后再進行。 顯示譯碼器采用與共陰數碼管匹配的 CMOS 電路 74HC4511 ,4 個數碼管采用共陰方式，以顯示 4 位頻率數字，滿足測量最高頻率為 9999Hz 的要求。 2 方法與步驟 1) 器件

43、檢測 用數字集成電路檢測儀對所要用的 IC 進行檢測，以確定每個器件完好。如有興趣，也可對 LED 數碼管進行檢測，檢測方法由自己確定。 2) 電路連接 在自制電路板上將 IC 插座及各種器件焊接好；裝配時，先焊接 IC 等小器件，最后固定并焊接變壓器等大器件。電路連接完畢后，先不插 IC 。 3) 電源測試 將與變壓器連接的電源插頭插入 220V 電源，用萬用表檢測穩壓電源的輸出電壓。輸出電壓的正常值應為 5V 。如果輸出電壓不對，應仔細檢查相關電路，消除故障。穩壓電源輸出正常后，接著用示波器檢測產生基準時間的全波整流電路輸出波形。正常情況應觀測到如圖 13.5(a) 所示波形。 4) 基準

44、時間檢測 關閉電源后，插上全部 IC 。依次用示波器檢測由 U1(74HC4024) 與 U3A 組成的基準時間計數器與由 U2A 組成的 觸發器的輸出波形，并與圖 13.6 所示波形對照。如無輸出波形或波形形狀不對，則應對 U1 、 U3,U2 各引腳的電平或信號波形進行檢測，消除故障。 5) 輸入檢測信號 從被測信號輸入端輸入幅值在 1V 左右頻率為 1KHz 左右的正弦信號，如果電路正常，數碼管可以顯示被測信號的頻率。如果數碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號頻率，則作進一步檢測。 6 ）輸入放大與整形電路檢測 用示波器觀測整形電路 U1A(74HC14) 的輸出波形，正常情況下，可以

45、觀測到與輸入頻率一致、信號幅值為 5V 左右的矩形波。如觀測不到輸出波形，或觀測到的波形形狀與幅值不對，則應檢測這一部分電路，消除故障。如該部分電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測控制門。 7) 控制門檢測 檢測控制門 U3C(74HC11) 輸出信號波形，正常時，每間隔 1S 時間，可以在熒屏上觀測到被測信號的矩形波。如觀測不到波形，則應檢測控制門的兩個輸入端的信號是否正常 , 并通過進一步的檢測找到故障電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測計數器電路。 8) 計數器電路的檢測 依次檢測 4 個計數器 74HC4518 時鐘端的輸入波形，正常時，相

46、鄰計數器時鐘端的波形頻率依次相差 10 倍。如頻率關系不一致或波形不正常，則應對計數器和反饋門的各引腳電平與波形進行檢測。正常情況各電平值或波形應與電路中給出的狀態一致。通過檢測與分析找出原因，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測鎖存器電路。 9) 鎖存電路的檢測 依次檢測 74HC374 鎖存器各引腳的電平與波形。正常情況各電平值應與電路中給出的狀態一致。其中，第 11 腳的電平每隔 1S 鐘跳變一次。如不正常，則應檢查電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測鎖存器電路。 10) 顯示譯碼電路與數碼管顯示電路的檢測 檢測顯示譯碼器 74HC4511 各控制端與電源端引腳的電平，同時檢測數碼管各段對應引腳的電平及公共端的電平。通過檢測與分析找出故障。 課程八 AVR單片機I/O口的應用 緒論 1、什么是單片機？ 2、單片機的用途 3、 二進制的轉換 4、一、 實驗目的：1、了解IO口的結構； 2、熟悉IO口的特性； 3、掌握IO口的控制。二、實驗儀器：ATmage16實驗板 一塊PC機 一臺三、 實驗原理：作為通用數字I/O 使用時，AVR 所有的I/O 端口都具有真正的讀- 修改- 寫功能。這意味著用SBI 或CBI 指令改變某些管腳的方向( 或者是端口電平、禁止/ 使能上拉電阻)