《自动化专业综合课程设计2》
课程设计报告
题目：数字频率计的设计
院（系）：机电与自动化学院
专业班级：自动化1002
学生姓名：李根
学号：20101184061
指导教师：何为
2013年6月17日至2013年7月5日
华中科技大学武昌分校
《自动化专业综合课程设计2》设计任务书
课程设计成绩评定表
目录
1.课程设计目的 (1)
2.课程设计的主要内容 (1)
2.1设计目的 (1)
2.2设计的内容 (1)
3.课程设计的题目描述与要求 (2)
3.1设计数字频率计的描述 (2)
3.2数字频率计的设计要求 (2)
4.数字频率计的设计 (3)
4.1数字频率计的基本原理 (3)
4.2 数字频率计的系统设计与功能仿真 (4)
4.2.1 1MHZ信号源的设计与仿真 (4)
4.2.2 分频器 (6)
4.2.3 控制信号模块 (8)
4.2.4 计数器 (10)
4.2.5 锁存器模块 (11)
4.2.6 显示器 (13)
4.3 数字频率计的顶层框图 (15)
4.4 系统硬件与引脚锁定设置 (16)
5.课程设计总结 (17)
6.参考文献 (18)
1.课程设计目的
（1）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。
（2）本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应。用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。
（3）针对电子线路课程要求，对我们进行实用型电子线路设计、安装、调试等各环节的综合性训练。
2．课程设计的主要内容
2.1设计目的：
（1）培养学生根据课题需要选学参考书籍、查阅手册、图表和文献资料的自学能力；以及学生的动手能力，培养更全面的学生；
（2）了解与课题有关的电路以及所用的FPGA集成块的引脚和技术参数规范，学会按课程设计任务的要求编写设计总结；
（3）巩固和加深对《EDA技术及应用》及《数字逻辑电路》基本知识的理解，同时也可以让学生将所学的知识运用到实际操作中。
（4）以学生的动手为主要内容，培养学生系统软、硬件设计、调试的基本思路、方法和技巧，并能熟练使用集成软件QuartusⅡ进行有关电路设计与分析；
2.2设计的内容
（1）８位频率计输入端分别为：系统基准时钟50MHZ（CLK）、被测信号输入（Fx）；及输出端为（DOUT），皆采用BCD码计数方式；
（2）设计数字频率计的测量范围为1~9999kHz,并能用4位十进制数字显示测量结果：
（3）详细说明设计方案；
（4）用VHDL编写设计程序；
（5）给出系统仿真结果；
（6）进行硬件验证。
3．课程设计的题目描述与要求
3.1设计数字频率计的描述:
数字频率计在电子技术中扮演着一个重要的角色，因此数字频率计是一种最基本的测量仪器，它被广泛的应用于航天、电子、测控等领域，许多测量方案和测量结果都与频率有着十分密切的关系，因此频率的测量在电子产品的研究与生产中显得尤为重要。数字频率计是数字电路中的一个典型应用,实际的硬件设计用到的器件较多,连线比较复杂, 而且会产生比较大的延时, 造成测量误差、可靠性差。随着可编程ASIC的广泛应用, 以EDA 工具作为开发手段, 基于VHDL 语言, 将使整个系统大大简化,提高整体的性能和可靠性本文介绍一种基于VHDL的采用自顶而下(up to bottom ) 设计方法实现的数字频率计。该设计方法与传统的设计方法相比, 具有外围电路简单, 程序修改灵活和调试容易等特点。特别是在设计的初期阶段可以通过软件仿真来预知设计方案的可行性, 便于及时的调整设方案, 避免了传统方法中到项目开发的后期发现方案不妥, 从而造成人力、物力的浪费。同时,在本设计中用到的CPLD 器件运行稳定可靠, 可反复擦写, 便于系统的维护与更新。
3.2数字频率计的设计要求：
（1）在QuartusII软件中新建原理图文件，编译，仿真，锁定管脚并下载到目标芯片。将被测信号fx输入到系统，数码管将会显示被测信号频率；
（2）根据设计要求, 设计系统的原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能；
（3）在QuartusII软件中，编写各个模块VHDL源程序，并上机调试通过；
（4）用vhdl完成8位数字频率计的设计及时序仿真。
（5）频率测量范围：1~9999khz。
（6）用实验系统箱实现该频率计，并用数码管显示所测的频率值。
4.数字频率计的设计
4.1数字频率计的基本原理
数字频率计的原理框图如图4.1.1所示。它主要由5个模块组成：脉冲发生器电路、测频控制信号发生器电路、计数模块电路、锁存器和译码驱动电路。当系统正常工作时，脉冲发生器提供标准1Hz 的输入信号，经过测频控制信号发生器进行信号的变换，产生计数信号。测量信号时，将被测信号通过信号整形电路，产生同频率的矩形波，送入计数模块。计数模块对输入的矩形波进行计数，将计数结果送入锁存器中，保证系统可以稳定显示数据，显示译码驱动电路将二进制表示的计数结果转换成相应的能够在七段数码显示管上可以显示的十进制结果。在数码显示管上可以看到计数结果。数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。所谓频率, 就是周期性信号在单位时间(1s) 里变化的次数。若在一定时间间隔T 内测得的这个周期性信号的重复变化次数N , 则其频率可表示为f = N/ T 。
频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个数。测频的基本原理要求testcti 的计数使能信号tsten能产生一个1s 脉宽的周期信号, 并对频率计的每一个计数器cnt 的使能端进行同步控制。当tsten 为高电平时允许计数, 为低电平时停止计数, 并保持其所计脉冲个数。在停止计数期间, 首先需要一个锁存信号load 的上跳沿将计数器在前1s 的计数值锁存进reg32b 中, 并由外部的7 段译码
器译出, 并稳定显示。锁存信号之后, 必须有一个清零信号对计数器进行清零, 为下1s 的技操作做准备。测频控制信号发生器的工作时序图如图2 所示。
其中控制信号频率始终为1Hz , 那么信号tsten 的脉宽正好为1s ,可以用作技术闸门信号。然后根据测频的时序要求, 可得出信号load 和清零信号clr _ cnt 的逻辑描述。计数完成后, 利用计数使能信号反向值的上跳沿产生一个锁存信号load。
0.5s 后, clr _ cnt 产生一个清零信号上跳沿。计数器cnt 的特殊之处是, 有一时钟使能输入端ena , 用于锁存计数值。当高电平时计数允许, 低电平时计数禁止。锁存器的设计要求: 若已有24位BCD码存于此模块的输入口, 在信号load 的上跳沿后即被锁存到寄存器reg32b内部, 并reg32b 的输出端输出, 然后有实验箱上7 段译码器译成能在数码管上显示输出的相应数值。
图4.1.1数字频率计的原理图
图4.1.2测频控制信号发生器的时序图
4.2 数字频率计的系统设计与功能仿真
数字频率计的关键组成部分包括测频控制信号发生器、计数器、锁存器、译码驱动电路和显示电路下面我们逐个分析一下每个模块的设计方法。
4.2.1 1MHZ信号源的设计与仿真
此程序要求将模块自带的50MHZ的频率分频为1HZ的时钟信号。
模块程序如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY PIN1MHZ_1 IS
PORT (CLKIN : IN STD_LOGIC;
CLK10M: OUT STD_LOGIC;
CLKOUT : OUT STD_LOGIC);
END PIN1MHZ_1;
ARCHITECTURE A OF PIN1MHZ_1 IS
BEGIN
PROCESS(CLKIN)
V ARIABLE CNTTEMP : INTEGER RANGE 0 TO 49; BEGIN
IF CLKIN='1' AND CLKIN'EVENT THEN
IF CNTTEMP=49 THEN CNTTEMP:=0;
ELSE
IF CNTTEMP<25 THEN CLKOUT<='1';
ELSE CLKOUT<='0';
END IF;
CNTTEMP:=CNTTEMP+1;
END IF;
END IF;
END PROCESS;
END A;
其模块封装图如图4.2.1.1
图4.2.1.1 1MHZ信号源的模块封装图
4.2.2 分频器
50MHZ的信号从输入端口输入，经过分频器，产生5KHZ的显示扫描时钟，和1HZ 的闸门信号，闸门信号输出给控制信号产生模块，5KHZ信号输出给计数模块。CNT 主要是将1MHZ的频率分为多个输出频率，其中选择1HZ的频率给测控信号。
其程序如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY CNT IS
PORT(CLK : IN STD_LOGIC; --1MHZ 输入
FREQ1 : OUT STD_LOGIC; --1HZ 输出
FREQ488 : OUT STD_LOGIC; --488HZ 输出
FREQ1953 : OUT STD_LOGIC; --1953HZ 输出
FREQ7812 : OUT STD_LOGIC; --7812HZ 输出
FREQ31250: OUT STD_LOGIC; --31250HZ 输出
FREQ125K : OUT STD_LOGIC; --125KHZ 输出
FREQ500K : OUT STD_LOGIC ); --500KHZ 输出
END CNT;
ARCHITECTURE BEHV OF CNT IS
SIGNAL TEMP: STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);
BEGIN
PROCESS(CLK)
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK ='1' THEN
IF TEMP="11110100001000111111" THEN
TEMP<="00000000000000000000";
ELSE TEMP<=TEMP+1
END IF; END IF;
END PROCESS;
FREQ1<=TEMP(19);
FREQ488<=TEMP(10);
FREQ1953<=TEMP(8);
FREQ7812<=TEMP(6);
FREQ31250<=TEMP(4);
FREQ125K<=TEMP(2);
FREQ500K<=TEMP(0); END BEHV;
其模块的封装如下图：
图4.2.2.1 分频器模块的封装图其时序仿真图如下
图4.2.2.2 分频器时序关系图
4.2.3 控制信号模块
控制模块的作用是产生测频所需要的各种控制信号。控制信号的标准输入时钟为1HZ,每两个时钟周期进行一次频率测量，在此时间里被测信号的脉冲数进行计数，即为信号的频率。测频时,将基准脉冲信号送入控制电路输入端CLKK,测周时,将整形后的被测脉冲信号送输入端,输出端包括一个计数使能输出端CNT_EN,一个清零信号输出端RST 和一个数据锁存输出端LOAD. 使能信号CNT_EN对频率计中8个十进制计数器的使能端进行同步控制,当CNT_EN为高电平时允许计数,低电平时停止计数. 停止计数后,锁存信号LOAD 输出上升沿将计数值锁存到锁存器中。清零信号RST控制计数器模块的复位。
测频控制信号发生器的源程序如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY TESTCTL IS
PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; --1Hz测频控制时钟
TSTEN : OUT STD_LOGIC; --计数器时钟使能
CLR_CNT : OUT STD_LOGIC; --计数器清零
LOAD : OUT STD_LOGIC ); --输出锁存信号
END TESTCTL;
ARCHITECTURE ART OF TESTCTL IS
SIGNAL DIV2CLK : STD_LOGIC;
SIGNAL CLR : STD_LOGIC;
SIGNAL LOADCNT : STD_LOGIC;
BEGIN
PROCESS ( CLK ) IS
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK = '1' --1 HZ时钟二分频
THEN DIV2CLK <= NOT DIV2CLK;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS ( CLK , DIV2CLK )
BEGIN
IF CLK = '0' AND DIV2CLK = '0' THEN --产生计数器清零信号
CLR <= '1';
ELSE CLR <= '0';
END IF;
IF CLR = '0' AND DIV2CLK = '0' THEN
LOACNT <= '1';
ELSE LOADCNT <= '0';
END IF;
END PROCESS;
LOAD <= NOT DIV2CLK;
TSTEN <= DIV2CLK;
CLR_CNT <= CLR;
END ARCHITECTURE ART;
控制信号模块封装如下：
图4.2.3.1 控制信号模块封装图
4.2.4 计数器
计数器模块是由8个带有异步清零端，进位信号输出的十进制计数模块级连而成，计数器以待测信号FSIN作为时钟，在清零信号CLR到来时，异步清零；
六位十进制计数器模块包含六个级联十进制计数器，用来对施加到时钟脉冲输入端的待测信号产生的脉冲进行计数，十进制计数器具有集束使能、清零控制和进位扩展输出的功能。使能信号和清零信号由闸门控制模块的控制信号发生器所产生来对六个级联十进制计数器周期性的计数进行控制，（1）计数器模块的封装图如下：
图4.2.4.1计数器模块的封装图
（2）计数器模块的仿真图：
图4.2.4.2 计数器模块的仿真图
（3）计数模块程序：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY CNT10 IS
PORT (CLK:IN STD_LOGIC; --计数时钟信号
CLR:IN STD_LOGIC; --清零信号
ENA:IN STD_LOGIC; --计数使能信号
CQ :OUT INTEGER RANGE 0 TO 15; --4位计数结果输出
CARRY_OUT:OUT STD_LOGIC); --计数进位
END CNT10;
ARCHITECTURE ART OF CNT10 IS
SIGNAL CQI :INTEGER RANGE 0 TO 15;
BEGIN
PROCESS(CLK,CLR,ENA) IS
BEGIN
IF CLR= '1' THEN CQI<= 0; ----计数器异步清零
ELSIF CLK'EVENT AND CLK= '1' THEN
IF ENA= '1' THEN
IF CQI=10 THEN cqi<=1;
ELSE CQI<=cqi+1;END IF; ----等于9，则计数器清零
END IF;
END IF;
END PROCESS;
PROCESS (CQI) IS
BEGIN
IF CQI=10 THEN CARRY_OUT<= '1'; ----进位输出
ELSE CARRY_OUT<= '0';
END IF;
END PROCESS;
CQ<=CQI;
END ART;
4.2.5 锁存器模块
锁存器模块也是必不可少的，测量模块测量完成后，在load信号的上升沿时刻
将测量值锁存到寄存器中，然后输出到显示模块。锁存器是起数据保持的作用，它将会把数据保存到下次触发或复位。主要是主从触发器组成的。用于存储数据来进行交换，使数据稳定下来保持一段时间不变化，直到新的数据将其替换。本程序是用来实现锁存器模块的功能，但它的程序相当简单，在锁存信号load的上升沿到来时，锁存器将测量值锁存到寄存器，然后输出到显示模块。但从仿真图2-5中可以明显的看出，锁存输出并不是立即进行的，而是经历了一个短暂的延时，这是由于硬件引起的[12]。
（1）32位锁存器的实现源程序代码如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
ENTITY REG32B IS
PORT ( LOAD : IN STD_LOGIC;
DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR ( 31 DOWNTO 0 );
DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 31 DOWNTO 0 ) );
END ENTITY REG32B;
ARCHITECTURE ART OF REG32B IS
BEGIN
PROCESS ( LOAD , DIN ) IS
BEGIN
IF LOAD'EVENT AND LOAD = '1'
THEN DOUT <= DIN; --锁存输入数据
END IF;
END PROCESS;
END ART;
（2）锁存器模块仿真图如图4.2.5.1：
图4.2.5.1 锁存器模块仿真图
（3）锁存器模块封装图如下：
图4.2.5.2 锁存器模块封装图
4.2.6 显示器
主要由8个显示模块组成. 主要功能是在使能信号控制下, 将锁存器保存的4位二进制计数值转换成相应的数码管显示代码,显示模块输出端与8个7段共阴极数码管相连,可以在数码管上显示所测频率的十进制输出值
（1）显示模块程序
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITY DISPLAY IS
PORT(IN7,IN6,IN5,IN4,IN3,IN2,IN1,IN0:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
LOUT7:OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);
SEL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
CLK:IN STD_LOGIC
);
END DISPLAY;
ARCHITECTURE A OF DISPLAY IS
SIGNAL S:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);
SIGNAL LOUT4:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
长安大学 电子技术课程设计 数字频率计的设计 专业： 班级： 姓名 指导教师： 日期：
目录 引言 第一章系统概述 一、设计方案的选择 1、计数法 2、计时法 二、整体框图及原理 第二章单元电路设计 一、放大电路设计 二、闸门电路设计 三、时基电路设计 四、控制电路设计 五、报警电路设计 六、整体电路图 七、整机元件清单 第三章设计小结 一、设计任务完成情况 二、问题及改进 三、心得体会 鸣谢 附录
引言 题目：数字频率计的设计 初始条件： 本设计可以使用在数模电理论课上学过或没学过的集成器件和必要的门电路构建简易频率计，用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务： ①设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，并用发光二极管表示单位。 ②测量频率的范围：100hz—100khz。 ③测量信号类型：正弦波和方波。 ④具有超量程报警功能。 摘要： 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易数字频率计,数字频率计应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim仿真软件。本课程设计介绍了简易频率计的设计方案及其基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字：频率计、TTL芯片、时基电路、逻辑控制、分频、计数、报警
第一章系统概述 一、设计方案的选择 信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有两种：计数法和计时法，或称测频法和测周期法。 1、计数法 计数法是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为T，计数器得到的计数值为N1，则被测频率为f=N1/T。改变时间T，则可改变测量频率范围。如图（1-1-1） 计数值N1 被测信号 标准闸门 T 图 1-1-1 测频法测量原理 设在T期间，计数器的精确计数值应为N,根据计数器的计数特性可知，N1的绝对误差是N1=N+1,N1的相对误差为δN1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相对误差可知，N的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f以确定的条件下，为减少N的相对误差，可通过增大T的方法来降低测量误差。当T为某确定值时（通常取1s），则有f1=N1,而f=N，故有f1的相对误差：δf1=(f1-f)/f=1/f 从上式可知f1的相对误差与f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。
简易数字频率计设计报告 设计内容： 1、测量信号：方波、正弦波、三角波； 2、测量频率范围: 1Hz~9999Hz； 3、显示方式：4位十进制数显示； 4、时基电路由由555构成的多谐振荡器产生（当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体振荡器分频获得）； 5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。 设计报告书写格式： 1、选题介绍和设计系统实现的功能； 2、系统设计结构框图及原理； 3、采用芯片简介； 4、设计的完整电路以及仿真结果； 5、Protel绘制的电路原理图； 6、制作的PCB； 7、课程设计过程心得体会（负责了哪些内容、学到了什么、遇到的难题及解决方法等）。 电子课程设计过程： 系统设计→在Multisim2001下仿真→应用Protel 99SE绘制电路原理图→制作PCB →撰写设计报告
简易数字频率计课程设计报告 第一章技术指标 1.1整体功能要求 1.2系统结构要求 1.3电气指标 1.4扩展指标 1.5设计条件 第二章整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图及原理 第三章单元电路设计 3.1 时基电路设计 3.2闸门电路设计 3.3控制电路设计 3.4 小数点显示电路设计 3.5整体电路图 3.6整机原件清单 第四章测试与调整 4.1 时基电路的调测 4.2 显示电路的调测 4-3 计数电路的调测 4.4 控制电路的调测 4.5 整体指标测试 第五章设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进
5.3心得体会附录 参考文献
第一章技术指标 1.整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。 2.系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 数字频率计整体方案结构方框图 3.电气指标 3.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 3.2 测量频率范围：分三档： 1Hz~999Hz 0.01kHz~9.99kHz 0.1kHz~99.9kHz 3.3 测量周期范围：1ms~1s。 3.4 测量脉宽范围：1ms~1s。 3.5测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误 差）。 3.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 4.扩展指标 要求测量频率值时，1Hz~99.9kHz的精度均为+1。
滁州学院 课程设计报告 课程名称：数字逻辑课程设计 设计题目：数字频率计的设计 系别：网络与通信工程系 专业：网络工程（无线传感器网络方向）组别：第七组 起止日期:2012年5月28日～2012年6 月18日指导教师:姚光顺 计算机与信息工程学院二○一二年制
课程设计任务书
目录 1绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2主要工作和方法 (1) 1.3本文结构 (1) 2相关知识 (1) 2.1数字频率计概念...................................................................................................................... .. (1) 2.2数字频率计组成 (1) 3系统设计 (2) 4系统实现 (2) 4.1计数译码显示电路 (2) 4.2控制电路 (3) 5系统测试与数据分析 (5) 6课程设计总结与体会 (8) 6.1设计总结 (8) 6.2设计体会 (8) 结束语 (9) 参考文献 (9) 附录 (10) 致谢 (12)
1绪论 1.1设计背景 数字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有 30 多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将数字频率计的测频上限扩展到微频段。 随着科学技术的发展，用户对数字频率计也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用频率计所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。 随着数字集成电路技术的飞速发展，应用计数法原理制成的数字式频率测量仪器具有精度高、测量范围宽、便于实现测量过程自动化等一系列的突出特点。 1.2主要工作和方法 设计一个数字频率计。要求频率测量范围为1Hz-10kHz。数字显示位数为四位静态十进制计数显示被测信号。先确定好数字频率计的组成部分，然后分部分设计，最后组成电路。 1.3本文结构 本文第1部分前言主要说明频率计的用处和广泛性。第2部分简要说明了本次课程设计的要求。第3部分概要设计大致的勾画出本次设计的原理框架图和电路的工作流程图。第4部分简要说明4位二进制计数器74160的原理和搭建计数译码显示电路的原理，同时分析控制电路的功能，形成控制电路图，及搭建显示电路和控制电路的组合原理图。第5部分调试与操作说明，介绍相关的操作和输入不同频率是电路的显示情况。 2相关知识 2.1数字频率计介绍 2.1.1数字频率计概念 数字频率计是一种直接用十进制数字现设被测信号频率的一种测量装置，它不仅可以测量正弦波、方波、三角波等信号的频率，而且还可以用它来测量被测信号的周期。经过改装，在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏计、电子称、计价器等。因此，数字频率计在测量物理量方面有广泛的应用。 2.1.2数字频率计组成 数字频率计由振荡器、分频器、放大整形电路、控制电路、计数译码显示电路等部分组成。其中的控制脉冲采用时钟信号源替代，待测信号用函数信号发生器产生。数字频结构原理框图如图3.1
摘要 在电子技术领域中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。本文设计的测量频率计由硬件电路和软件设计两部分组成。硬件电路以AT89S52单片机最小系统为核心，实现整个电路的测试信号控制、数据运算等功能，选用74LS160作为分频电路，并通过LCD显示模块显示测量的数据。软件设计包括：单片机定时计数程序、LCD显示程序等。该数字频率计可以对输入信号幅度为5V的正弦波信号、方波信号、三角波信号进行测量，测量的频率范围为1Hz--10MHz。测量的相对误差为 1%。本系统具有结构紧凑、体积小、可靠性高、测频范围宽、使用方便等优点。 关键字:数字频率计；信号；单片机
Abstract In the electronics field, the frequency is one of the most basic parameters, and is very closely related to many electrical parameters measurement program, measurement results, so the measurement of frequency becomes even more important. The measurement of frequency designed in this text consist of two parts: the hardware and software design .the hardware circuitry take AT89S52 microcomputer as the core, to achieve the functions of controlling of the entire circuit of the test signals, data operations and choose 74LS160 as a frequency divider circuits, and through LCD display module shows measured data. Software design includes: MCU timer counting procedures, LCD display procedures and so on. The digital frequency meter can measure amplitude sine wave signal, square wave, triangle wave signals of which input signal is 5v, the frequency measured ranges from 1Hz to10MHz. The relative measurement error is 1%. This system has the advantage of compact structure , small size, high reliability, test frequency range, and easy use. Keyword:Figure frequency meter；Signal；Single-chip 目录
数电课程设计报告：频率计 目录 一、设计指标 二、系统概述 1.设计思想 2.可行性论证 3.工作过程 三、单元电路设计及分析 1.器件选择 2.设计及工作原理分析 四、电路的组构及调试 1.遇到的问题 2.现象记录及原因分析 3.解决及结果 4.功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据 五、总结 1.体会 2.电路总图 六、参考文献 一、设计指标 设计指标：要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。测试值采用4个LED七段数码管显示，并以发光二极管只是测量对象（频率）的单位：Hz、kHz。
频率的测量范围有四档量程。 1）测量结果显示四位有效数字，测量精度为万分之一。 2）频率测量范围：100.1Hz——999.9kHz，分为： 第一档： 100.0Hz——999.9Hz 第二档： 1.000kHz——9.999kHz 第三档： 10.00kHz——99.99kHz 第四档： 100.0kHz——999.9kHz 3）量程切换可以采用两个按键SWB、SWA手动切换。 扩展要求： 一、当被测频率大于999.9kHz，超出最大值时，设置亮一个警灯，并同时发出报警声音。 二、自动切换量程 提示： 1.计数器计到9999时，产生溢出信号CO，启动量程加档。 2.显示不足4位有效数字时量程减档。 三、各量程输出信号的频率最高位有效数字为1、2、3、4、5、6、7、8、9。 二、系统概述 1.设计思想 周期性信号频率可通过记录信号在1s内的周期数来确定其频率。
累计标准时间Ts中被测信号的脉冲个数Nx，被测信号频率：fx≈Nx/Ts 测量时间Ts选择：由于测量时间Ts需要根据被测信号的频率切换，所以通常对振荡时钟进行分频以获得不同的定时时间。 采样定时、显示锁存、计数器清零的控制时序波形图 2.可行性论证 用计数器实现记录周期数的功能；用时基信号产生计数时间作为采样时间；用四位动态扫描通过数码管显示结果；因为如果计数器直接把数据输入到数码管显示，那么数码管的数据就会不断变化，累计增加的情况，所以采用锁存器，在每个时间信号内，通过一个高电平使能有效，将计数器的数值锁存到寄存器或者锁存器；为了不要让每次锁存的数据会比上次
设计题目：数字频率计的设计与制作 一、课程设计的主要内容与目的 1. 主要内容：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，如果我们能在给定的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，这就是数字频率计的基本原理。 从数字频率计的基本原理出发，根据设计要求，得到如图1所示的电路框图。 图1 2. 设计目的：（1）掌握数字频率计的工作原理 （2）根据课程设计，熟悉一般产品设计的流程和方法。 （3）重点掌握数字频率计设计的计数部分。 二、主要技术指标 1.频率测量范围：10~9999HZ。 2.输入信号波形：任意周期信号，输入电压幅度>300mv. 3.电源：220V，50HZ。 系统框图中各部分的功能及实现方法 （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、稳压后为整个系统提供直流电源。系统对电源的要求不高，可以采用串联式稳压电源电路来实现。 （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。按国家标准，市电的频率漂移不能超过0.5Hz，即在1％的范围内。用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流，得到如图2（a）所示100Hz的全波整流波形。波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为如图2(b)所示100Hz的矩形波。波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。
一、课题名称与技术要求 <1>名称：简易数字频率计 <2>主要技术指标和要求： 1. 被测信号的频率围100HZ～100KH 2. 输入信号为正弦信号或方波信号 3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位 4. 具有超量程报警功能 二、摘要 以门电路，触发器和计数器为核心，由信号输入、放大整形、闸门电路、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。放大整型电路：对被测信号进行预处理；闸门电路：由与门电路通过控制开门关门，攫取单位时间进入计数器的脉冲个数；时基信号：周期性产生一秒高电平信号；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，计单位时间脉冲个数，把十进制计数器计数结果译成BCD码；显示：把BCD码译码在数码管显示出来。 关键字：比较器，闸门电路，计数器，锁存器，逻辑控制电路 三、方案论证与选择 <1>频率测量原理与方法 对周期信号的测量方法，常用的有下述几种方法。 1、测频法（M法） 对频率为f的周期信号，测频法的实现方法，是用以标准闸门信号对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N时，其频率为：f1=N1/TG。TG为标准闸门宽度，N1是计数器计出的脉冲个数，
设在TG期间，计数器的精确计数值为N，根据计数器的技术特性可知，N1的绝对误差是△N1=N ±1,N1的相对误差为&N1=（N1-N）/N=（N±1-N）/N=±1/N,由N1的相对误差可知，N（或N1）的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f已确定的条件下，为减小N1的相对误差，可通过增大TG的方法来降低测量误差。但是，增大TG会使频率测量的响应时间长。当TG为确定值时(通常取TG=1s)，则有f=N，固有f1的相对误差：&f1=(f1-f)/f=(f±1-f)/f=±1/f 由上式可知，f1的相对误差与f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此，M法适合于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。 测频法原理图 2、测周法（T法） 首先把被测信号通过二分频，获得一个高电频时间和低电平时间都是一个信号周期T的方波信号；然后用一个已知周期的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期T的时间对此高频信号进行计数。若在T时间的计数值为N2,则有 T2=N2*Tosc f2=1/T=1/(N2* Tosc)= fosc/N2 N2的绝对误差为△N=±1 N2的相对误差为&N2=(N2-N)/N=(N±1-N)/N=±1/N 从T2的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高频你标准计数信号的频率成反比。当fosc为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。
课程设计任务书 学生：专业班级：通信 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 数字频率计的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。用数码管显示频率计数值。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。 2）测量频率围：10~9999Hz。 3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 4）测量信号幅值：0.5~5V。 5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。 6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少5篇参考文献。按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。 时间安排： 1、2013年5 月17日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年 6 月18 日至2013 年6 月22 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年6 月22 日至2013 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2013年7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (3) 1电路的设计思路与原理 (4) 1.1电路设计方案的选择 (4) 1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4) 1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (5) 1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (6) 1.1.4方案确定 (7) 1.2 原理及技术指标 (8) 1.3 单元电路设计及参数计算 (9) 1.3.1时基电路 (9) 1.3.2放大整形电路 (10) 1.3.3逻辑控制电路 (11) 1.3.4计数器 (13) 1.3.5锁存器 (15) 1.3.6译码电路 (16) 2仿真结果及分析 (16) 2.1仿真总图 (16) 2.2单个元电路仿真图 (17) 2.3测试结果 (20) 3测试的数据和理论计算的比较分析 (20) 4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (20) 4.1故障a (20) 4.2故障b (21) 4.3故障c (21) 4.4故障d (21) 4.5故障e (22) 5 心得体会 (22)
电气与信息工程学院 数字频率计 设计报告书 前言 摘要：在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的 测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中数字计 数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于 实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。 其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐 述了设计了一个简单的数字频率计的过程。 关键词：频率计，闸门，逻辑控制，计数-锁存
目录 第一章设计目的 第二章设计任务和设计要求 2.1 设计任务及基本要求 2.2.系统结构要求 第三章系统概述 3.1概述 3.2设计原理及方案 第四章单元电路设计及分析 4.1 时基电路 4.2逻辑控制电路 4.3计数电路 4.4锁存电路 4.5显示译码电路 4.6 闸门电路 第五章安装与调试过程 5.1 电路的安装过程 5.2 电路的调试过程 5.3 出现的问题及解决办法 第六章结果分析 第七章收获与体会
第八章元件清单 第九章实现结果实物图 附录A 参考文献 第一章 设计目的： 1.了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理； 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。 3.本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应 用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 4.针对电子线路课程要求，对我们进行实用型电子线路设 计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养我们运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
第二章 设计任务及要求： 2.1设计任务及基本要求： 设计一简易数字频率计，其基本要求是： 1)测量频率范围0～9999Hz； 2)最大读数9999HZ,闸门信号的采样时间为1s；. 3)被测信号可以是正弦波、三角波和方波； 4)显示方式为4位十进制数显示； 5)完成全部设计后，可使用EWB进行仿真，检测试验设计电路的正确性。 2.2.系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量。 波形 整 形 计 数 器 数 码 显 示 振荡 电 路分 频 器 控 制 门 数 据 锁 存 器 显 示 译 码 器 被测 信 号
目录 1 技术要求及系统结构 (1) 1.1技术要求 (1) 1.2系统结构 (1) 2设计方案及工作原理 (2) 2.1 算法设计 (2) 2.2 工作原理 (3) 3组成电路设计及其原理 (6) 3.1时基电路设计及其工作原理 (6) 3.2闸门电路设计 (7) 3.3控制电路设计 (8) 3.4小数点控制电路 (9) 3.5整体电路 (10) 3.6 元件清单 (10) 4设计总结 (11) 参考文献 (11) 附录1 (12) 附录2 (17)
摘要 简易数字频率计是一种用四位十进制数字显示被测信号频率（1Hz—100KHz）的数字测量仪器.它的基本功能是测量正弦波，方波，三角波信号，有四个档位（×1，×10，×100，×1000），并能使用数码管显示被测信号数据，本课程设计讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分，记述了在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及在设计过程中的分析，以确保设计出的频率计成功测量被测信号。 关键词：简易数字频率计十进制信号频率数码管工作原理 1技术要求及结构 本设计可以采用中、小规模集成芯片设计制作一个具有下列功能的数字频率测量仪。 1.1技术要求 ⑴要求测量频率范围1Hz－100KHz，量程分为4档，即×1、×10、×100、×1000。 ⑵要求被测量信号可以是正弦波、三角波和方波。 ⑶要求测试结果用数码管表示出来，显示方式为4位十进制。 1.2 系统结构 数字频率计的整体结构要求如图1-1所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 图1-1 数字频率计系统结构框图 2 设计方案及工作原理 2.1 算法设计
目录 1. 引言 (1) 2．设计任务书 (1) 3. 数字频率计基本原理 (1) 3.1 设计思路 (1) 3.2 原理框图 (2) 4. 设计步骤及实现方法 (2) 4.1 信号拾取与整形 (2) 4.2 计数电路 (3) 4.3 锁存电路 (5) 4.4 译码显示电路 (6) 4.5 时钟电路及波形设计 (7) 5 总体电路图及工作原理 (10) 6 元器件的检测与电路调试缺点分析 (12) 7 心得体会 (12) 参考文献 (13)
1. 引言 数字频率计是一种基础测量仪器，在许多情况下，要对信号的频率进行测量，利用示波器可以粗略测量被测信号的频率，精确测量则要用到数字频率计。本设计项目可以进一步加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计与调试的方法和步骤。
2．设计任务书 1、设计题目：数字频率计 2、设计出一个数字频率计，其技术指标如下： （ 1 ）频率测量范围： 10 ～ 9999Hz 。 （ 2 ）输入电压幅度 >300mV 。 （ 3 ）输入信号波形：任意周期信号。 （ 4 ）显示方式：4位十进制数显示。 （ 5 ）电源： 220V 、 50Hz 。 3、给定仪器设备及元器件 示波器、音频信号发生器、逻辑笔、万用表、数字集成电路测试仪、直流稳压电源。 4．电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。
3. 数字频率计基本原理 3.1 设计思路 （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。 （3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。 时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已求得高精度的时钟需求。3.2 原理框图 图3-1 系统框图
《数字频率计》技术报告 一、问题的提出 在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号频率的变化。而频率计则能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。 数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。 二、解决技术问题及指标要求 1、技术指标
被测信号：正弦波、方波或其他连续信号； 采样时间：1秒（0.1秒、10秒）； 显示时间：1秒（2秒、3秒．．．．．．）； LED显示； 灵敏度：100mV； 测量误差：±1H z。 数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。一般T=1s，所以应要求定时器尽量输出为1s的稳定脉冲。 2、设计要求 可靠性：系统准确可靠。 稳定性：灵敏度不受环境影响。 经济性：成本低。 重复性：尽量减少电路的调试点。 低功耗：功率小，持续时间长。 三、方案可行性分析（方案结构框图） 1、原理框图
前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明： (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)
附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)
前言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值；最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端，将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里，对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的个数，因此采用上述各种方案
数字电子技术课程设计 数字频率计的设计 姓名：杜昌波 学院：工学院 专业：电气工程及其自动化 学号：12100 505 指导教师：刘权吴敏 2014年06月04日
目录 目录 (2) 1 设计任务与要求 (3) 1.1 基本功能 (3) 1.2 扩展功能 (3) 2 设计原理 (3) 3 电路设计 (4) 3.1 整形电路 (4) 3.2脉冲波形产生及分频电路 (6) 3.3 闸门电路 (8) 3.4 计数电路 (9) 3.5 锁存显示电路 (11) 3.6 超量程报警显示电路 (12) 3.7 单稳态触发器电路 (13) 3.8 整机电路 (14) 3.9 说明 (15) 3.10 仿真结果 (15) 4 元器件清单 (19) 5 设计体会 (21) 参考资料 (22)
数字频率计的设计（第十组） 1 设计任务与要求 1.1 基本功能 1）能够测量正弦信号，矩形信号等波形的频率； 2）测量信号的频率范围为1HZ~100KHZ，分辨率为1HZ； 3）测量结果直接用十进制数值计数，通过五个数码管显示； 4）具有自较和测量两种功能； 5）测量误差小于5%； 6）多谐振荡器采用12M晶振电路，闸门用与门实现，显示用共阳极数码管。 1.2 扩展功能 1）分成四个频段，即1~99Hz,100~1KHz,1~10KHz,10~100KHz； 2）有超量程警告功能，当测量信号频率超过所选档位的量程时，频率计发出铃声警报。 2 设计原理 脉冲信号的频率就是在单位时间(1s)里产生的脉冲个数，若在一定时间间隔tw内测得这个周期信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为： f=N/T 数字频率计的总体框图如图1所示： 图1
简易数字频率计课程设计 Prepared on 22 November 2020
简易频率计设计 摘要 在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计 关键字：时序控制频率，数字频率计，555电路 目录
1绪论 课题描述 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，方波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。通过时基电路及控制电路锁存器将最终频率稳定的显示在数码管上[1]。 设计任务与要求 1.频率测量范围：10～9999Hz； 2.输入电压幅度>300mV； 3.输入信号波形：任意周期信号； 4.显示位数：4 位； 5.电源： 220V 、 50Hz； 6．对所设计电路进行仿真分析。 7．编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 基本工作原理及框图 建议频率计电路框图如图1所示。
(完整)数字频率计设计与制作 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)数字频率计设计与制作）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)数字频率计设计与制作的全部内容。
数字频率计设计与制作 王峰, 电子工程系 摘要:数字频率计是一种可以用十进制数字显示被测信号频率的测量仪器。被测信号可以是任何周期性变化的信号如正弦波、方波、三角波等等。如果加入放大电路，通过传感器则可以对许多微弱的、规律的物理量进行测量，例如声音、机械振动、转速的频率等等。使用频率计能让我们直观的看到信号的频率,其方便性、简单性、准确性使其具有较高的实用价值。因此数字频率计是一种应用很广泛的仪器，在计算机、通讯设备、自动化等科研生产领域起着重要作用。对于本次课题“数字频率计设计与制作”，我选用了555定时器产生时基信号，单稳态触发器74LS273来控制电路中的锁存，计数器74LS90来计数,74LS48进行译码并通过数码管显示。运用数字集成芯片给设计减少了很多不必要的麻烦。 关键词:数字频率计；锁存；译码；计数 Digital Frequency Meter Design and Fabrication Wangfeng, Electronic Information Engineering Abstract:Digital Frequency Meter is a measuring device， it can using decimal numeral reveal the signal frequency。 The measured signal was variety seasonal signal， such as sinusoidal wave, square wave， triangle wave and so on. If we using amplify circuit， we can also use sensing element measuring so many faint and regular signals， for example voice， inflexible vibrate and rotation rate. Digital Frequency Meter can make us intuitively sight the signal frequency，it’s conveniently, simply and accuracy， so it has enormously worthy in many fields, include computer， communication apparatus， automation equipment and so on。For about this subject study，the Digital Frequency Meter Design and Fabrication,I select 555_timer produce a normal time signal， using Monostable Trigger 74LS273 constitute flip-latch，using counter flip-flop 74LS90 count，using 74LS48 constitute a code translator and usig Mixie light reveal frequency。 Apply digital integrated circuit chip help me save so many time and reduce a number of inconvenience. Key words：Digital Frequency Meter； flip—flop; code translator; counter
简易数字频率计的设计与制作 作者:赵玉龙 【摘要】:本设计是基于单片机内部的两个定时器/计数器与外围硬件相结合,并通过一定的软件控制达到测量频率的目的的简易数字频率计，可以直接精确测量1KHZ到65.535KHZ的频率范围。本设计的优点在于直接利用单片机进行频率的测量，更加的方便，实用。 【关键词】:单片机频率测量
前言 单片机即单片微控制器单元,由微处理器,存储器,I/O接口,定时器/计数器等电路集成在一块芯片上构成,现在应用于工业控制,家用民用电器以及智能化仪器仪表,计算机网络,外设,通信技术中,具有体积小、重量轻、性价比高、功耗低等特点, 同时具有较高的抗干扰性与可靠性可供设计开发人员灵活的运用各种逻辑操作,实现实时控制和进行必要的运算.目前单片机更朝着大容量、高性能与小容量、低廉化、外围电路内装化以及I/O接口的增强和能耗降低等方向发展.本设计的意义在于如何利用较少的硬件达到直接测量较高精度频率的目的，更加的方便，快捷，相对于传统的数字频率计实用性更高。
第一章 系统硬件电路的设计 1.1方案的选择: 方案一.采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路来构成，利用555多谐振荡产生闸门时间，两个D 触发器来进行门控信号的选择，数码管,以及其他硬件电路组成。 方案二.利用一块AT89C51单片机芯片直接来驱动数码管。 比较方案一与方案二在实现功能一样的情况下,我们可以发现纯粹利用硬件电路来实现不仅产品体积较大，运行速度慢,而且增加了许多的硬件成本,而利用单片机体积小、功能强、性能价格比较高等特点,在实际使用时节约了很多的硬件成本,符合设计的要求,故而本设计选择方案二来实现频率的测量. 1.2系统功能分析 本系统是基于单片机的简易数字频率计，在硬件的基础上通过软件的控制 达到频率测量的目的，整个系统工作由软件程序控制运行。整个系统主要可以分为两个部分，频率测量单元和频率显示单元。频率测量单元主要完成对被测信号的测量，而显示单元主要完成用数码形式将测量结果显示出来。 1.3.系统的方框图: 被测信号通过单片机的内部处理，完成对被测信号的测量，经过转换以数字形式显示出来。 图一 系统方框图 具体情况如下： 将单片机定时/计数器0设置成定时器方式,由它对单片机机器周期信号计数定时,形成时间间隔T,去控制单片机定时/计数器1的启动和停止, 单片机定时计数器1设置成计数器方式,由它对被测信号计数. 这里需要说明能够的是单片机内的两个定时/计数器在同一时刻不能既作为计数器使用又作为定时器使用,如设置成定时器模式就不能作为计数器使用;如设置成计数器模式就不能作为定时器使用. 1.4.各功能部件单元电路设计