简易数字频率计的设计与仿真
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数字频率计的课设报告以及仿真电路
河北联合大学2011级本科课程设计简易数字频率计的设计姓名: 张如林学号: 201114050113班级: 11电气1班2013年12月18摘要 (1)一，概述 (2)二，方案设计 (2)1.设计题目 (2)2.设计任务和要求 (2)3.程序设计思路 (2)三，单元电路设计与Multisim仿真分析 (3)1.1Hz时基电路 (4)2.六进制计数器门控电路 (4)3.NE555施密特整形电路 (7)4.计数、锁存、驱动、显示电路 (7)5.整体仿真电路 (7)四，总原理图及元器件清单 (8)1.总原理图 (8)2.元器件清单 (9)五．结论 (10)六．心得体会 (10)七．参考文献 (11)八．附录 (12)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。
1一、概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。
简易数字频率计的设计与仿真
《电子仿真技术》实训报告题目简易数字频率计的设计、仿真所在学院电子信息工程学院专业班级***学生姓名*** 学号***指导教师***完成日期* 年* 月* 日一．设计思路（1）电路简述所谓频率，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为N，则其频率可表示为fx=N/T 。
因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。
可见数字频率计主要由闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。
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（1S ）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，数值保持及自动清零，并将计数结果在显示器上显示出来，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。
被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。
时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。
可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键。
（2）任务目标利用multisim9.0软件设计一个简易数字频率计，其基本要求是：1. 被测信号的频率范围1KHZ～100MHZ（理想频率范围）；2. 被测信号可以为正弦波、三角波或方波信号；3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位。
multisim简易数字频率计
w .. . ..哈尔滨工业大学简易频率计的仿真设计目录1．设计要求2. 总电路图及工作原理3.电路组成介绍3.1脉冲形成电路3.2闸门电路3.3时基电路3.4计数译码显示电路4. 电路的测试5. 分析与评价附录：元器件清单1．设计要求本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪2器，数字频率计的设计指标有：1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号；2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz；3. 显示方式：4位十进制数显示。
2.电路工作原理频率计总电路图如下所示：2频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。
频率计的工作原理流程图如下所示：3.电路组成介绍3.1脉冲形成电路脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。
由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。
线路图如下所示：23.2闸门电路闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图所标注）。
当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。
闸门电路23.3 时基电路时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲，选取振荡器的频率，其中高电平的时间为t1=1秒，低电平时间为0.25秒。
利用t1=0.7(R1+R4)C2，t2=0.7R4C2。
实验六基于Multisim8的简易数字频率计仿真
闸门
门控
B 放大 整形
S2
1000Tx
1Tx
10Tx 100Tx
÷10
÷10
计数锁存译码 显示系统
÷10
四、实验参考电路
（1）控制时序产生电路
图4.8.5 是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和 多级分频器组成）和可重触发单稳态74LS123 组成
的控制时序产生电路。秒脉冲发生器产生脉冲宽度 为的定时脉冲，74LS123单稳态电路产生锁存和清 零脉冲。（仿真软件Multisim 8的元件库中，没有 74LS123单稳态电路，可用555定时器组成单稳态 电路）。 5V
4. 闸门电路
闸门电路由与门组成，该电路有两个输入端和一 个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接 整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信 号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启； 而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只 有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进 入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可 见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于 被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出 结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。
5. 电子计数器测量周期
当被测信号频率比较低时，用测量周期的方法来 测量频率比直接测量频率有更高的准确度和分辨率， 且便于测量过程自动化。该测量方法在许多科学技 术领域中都得到普遍使用。图4.8.4是用电子计数器 测量信号周期的原理方框图。
晶振
Tx
时基 分频
1µs
S1 Tc
10µs 1ms 100µs Tx1
①可控制的计数、锁存、译码显示系统； ②石英晶体振荡器及分频系统（可用Multisim 8中
的函数发生器替代）；
数字频率计的设计与仿真分析
广东水利电力职业技术学院电力工程系WXH
第1页
第 2 章 电子设计实训
工作原理简述如下： 工作原理简述如下： 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(1s)内信号发生周期变化 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 的次数。如果我们能在给定的 时间内对信号波 形计数，并将计数结果显示出来， 形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测 信号的频率。所以， 信号的频率。所以，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 对稳定与准确的时间， 度与波形都能被数字电路识别的脉冲信号， 度与波形都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， 通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数， 并用显示器显示记录的结果。 并用显示器显示记录的结果。
广东水利电力职业技术学院电力工程系WXH
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第 2 章 电子设计实训
设计任务和要求： 设计任务和要求：
1、利用石英晶体振荡电路产生1024Hz的基准频率。 2、位数：计4位十进制数。 3、量程：第一挡：1~9999Hz; 第三挡； 1~999900Hz。 4、显示方式：用七段LED数码管显示读数。 5、显示位数：4位。 6、具有‘自校”功能。 7、画出设计的数字频率计的组成框图。 8、画出设计的数字频率计的电路总图。 9、列出实验设备与器件清单。
广东水利电力职业技术学院电力工程系WXH 第3页
第二挡： 1~99990Hz;
参考电路
第 2 章 电子设计实训
广东水利电力子设计实训
74LS390芯片简介 74LS390芯片简介 LS390 74LS390是集成双十进制计数器，每片芯片 74LS390是集成双十进制计数器， LS390是集成双十进制计数器 中含有两个独立的BCD码十进制计数器。 BCD码十进制计数器 中含有两个独立的BCD码十进制计数器。每个计 数器中包含一个二进制计数器和一个五进制计数 既可单独用于二、五进制计数， 器，既可单独用于二、五进制计数，也可串联成 十进制计数器。用一片74LS390可构成一个一百 74LS390 十进制计数器。用一片74LS390可构成一个一百 进制计数器，若加上少量的门电路则可构成100 进制计数器，若加上少量的门电路则可构成100 以内的任意进制计数器，应用灵活方便。 以内的任意进制计数器，应用灵活方便。 74LS390为高电平清零。 LS390为高电平清零 74LS390为高电平清零。
简单数字频率计的设计与制作
简单数字频率计的设计与制作1结构设计与方案选择1.1设计要求（1）要求用直接测量法测量输入信号的频率（2）输入信号的频率为1～9999HZ1.2设计原理及方案数字频率计是直接用十进制的数字来显示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、三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。
所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的变化次数。
若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T（1-1）据此，设计方案框图如图1所示：图1 数字频率计组成框图图中脉冲形成的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。
时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为测信号的频率fＸ1s，则们控电路的输出信号持续时间亦准确的等于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器译码显示电路。
秒信号结束时闸门关闭，技计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计= N Hz。
数，所以被测频率fＸ被测信号f经整形电路变成计数器所要求的脉冲信号○1，其频率与被测信Ｘ号的频率相同。
时基电路提供标准时间基准信号○2，其高电平持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率f=NHz,如图2（a）所示，即为数字频率计的组成框图。
图2（a）数字频率计的组成框图图2（b）数字频率计的工作时序波形逻辑控制单元的作用有两个：其一，产生清零脉冲④，使计数器每次从零开始计数；其二，产生所存信号⑤，是显示器上的数字稳定不变。
这些信号之间的时序关系如图2（b）所示数字频率计由脉冲形成电路、时基电路、闸门电路、计数锁存和清零电路、译码显示电路组成。
1.3数字频率计的主要技术指标1.3.1 频率准确度:一般用相对误差来表示，本文设计的频率准确度并没有要求。
简易数字频率计设计
简易数字频率计设计简易数字频率计是一种统计计算工具，用于频率统计，使用适当的算法来测量特定序列中给定元素或者元素组合出现的频率，主要用于数据分析和统计工作，帮助使用者深入分析数据，得到较为精准的结果。
本文将详细说明一种简易的数字频率计的设计实现过程和分步流程。
设计步骤第一步：准备设计简易数字频率计所需要的硬件设备设计简易数字频率计需要的硬件设备有：计算机、网络设备、数据存储器、输入输出设备等。
计算机配备相应的硬件设备和软件，网络设备用于连接多台计算机，数据存储器用于存储数据，输入输出设备允许输入和输出各种不同类型的数据。
第二步：制定相应的算法根据具体情况，应制定出相应的算法，用于计算数据序列中给定元素或者元素组合出现的频率，主要包括排序算法，查找算法，求和算法，概率分布算法等。
比如：可以使用冒泡排序或者快速排序对数据序列进行排序，使用二分查找等技术快速查找元素，在运算时可以使用求和、乘法、平方等算法来计算数据，使用贝叶斯理论等方法来求取概率分布。
第三步：实现数据处理根据设计上的算法，使用计算机及其相应的软件和硬件设备，进行数据处理，对相关的数据序列进行相应的操作，实现频率的统计计算，得到精准的统计结果。
第四步：测试并可视化在完成简易数字频率计的设计之后，应当对数据处理过程进行测试，以验证所编写算法的正确性和可靠性。
完成测试之后，可以通过图表和表格的方式可视化频率计算结果，更加直观地显示出数据之间的关系以及频率变化趋势。
以上就是一种简易数字频率计的设计实现过程，它可以为使用者提供准确的统计数据和频率结果，促进数据深入分析等工作，为企业的发展带来重要的帮助。
multisim简易数字频率计
m u l t i s i m简易数字频率计Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998哈尔滨工业大学简易频率计的仿真设计目录3.电路组成介绍1．设计要求本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪器，数字频率计的设计指标有：1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号；2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz ；3. 显示方式：4位十进制数显示。
2.电路工作原理频率计总电路图如下所示：频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz 的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N 的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N 以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。
频率计的工作原理流程图如下所示：3.电路组成介绍脉冲形成电路脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。
由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。
线路图如下所示： 闸门电路闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图所标注）。
当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。
闸门电路时基电路时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲，=0.8Hz，其中高电平的时间为t1=1秒，低电平时间为秒。
利选取振荡器的频率f0=1t1+t2用t1=(R1+R4)C2，t2=。
简易数字频率计的设计
电子技 术 ・ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
简 易数 字频率计的设计
文／ 廖颖民
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一
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时钟 的上升沿触 发工作脉 冲信号。７ ４ Ｌ Ｓ １ ２ ３可 完成该部分功能，其脉冲宽度由电路的时间常 成计数器要求的脉冲信号。设计 中采用 的是 由 数决定 ，但为保证系统正常工作，单稳电路产 ５ ５ ５定时器构成 的施 密特触 发器对波形进 行整 生的脉冲宽度不能大于该量程分频器输出信号 形。其工作原理为：当输 入信号电压逐 步升高 的周 期 。 时 ，＞施 密特上 的 ． 内部触发器 发生翻转 ；当 ２ ． ５计 数 器 电路 逐步下 降到 ＜ ，电路会再次发生翻转 。施 密特 触发器不仅可将缓变的输入信号转换为边沿陡 计 数器 对经 整形 （ 分 频 ） 后 的 待 测 信 号 峭的矩形波 ，同时在输入信号的上升过程中， 进行脉冲计数 ， 计数完毕后送入锁存译码 电路 ， 【 关键词 】数字 频率计 时基 电路 闸 门电路 输 出状态转换时对应的输入 电平，与输 入信号 并在 显示器上显示 。电路采用 ４位十进制计数 逻 辑 控 制 电路 计 数 器 电路 锁存 译 码 电路 下降过程中输 出状态转换时对应的输入电平数 器 级 联 而 成 ，十 进 制 计 数 器 使 用 ７ ４ Ｌ Ｓ ９ ０ ，其 值是不 同的 ， 亦即存在 所谓的“ 回差 ” 。 利用“ 回 中计数器的清零 由清零脉冲加手动复位开关实 差”可以排 除干扰 的影响 ，得到正确的波 形。 现。 数字 频率 计是用 来测 量频 率 与周期 ，并 ２ ． ２时基 电路 ２ 进行计数、测时的重要仪器，在使用上较示波 ６锁存译 码 电路 器经 济、便 利，现 已在 许 多领域 得到 广泛 应 时基 电路用 来产 生一个 标准 的时 间信号 锁存 译码 电路 由锁 存器 和译码 器构 成， 用。在产品的研发、实验、生产过程中，许多 以控 制计数器 的计数标准 时间。它可 由定时器 本 设计 采用 Ｃ Ｄ４ ５ １ ｌ来 实现 。Ｃ Ｄ ４ ５ １ １具有锁 情况下并不需要购置贵重的专用测频计数器， ５ ５ ５构 成 的 多 谐 振 荡 器 、 晶 体 振 荡 器 等 产 生 。 存 、译码和和驱动功能，可直接驱动数码管。 而可灵活采用 自行设计的测频计数电路，这不 由于时钟信 号是控制 计数 器计数 的标准时 间信 若计数器输 出直接接译码显示，则在闸门信号 仅方便工作 需要 、还可 降低成本 。本文论述采 号 ， 其 精度 在 很 大程 度上 决 定 了频 率 计 的测 量 为高 电平期 间、频率 的显示将会随着计数值的 用小规模集成块设计数字频率计的方法及相应 精度 。因而要求方波的宽度准确 且稳定。由定 增加而不断变化 。为 防止该现象产生，须在计 电路 ，对于 电子产 品开发 、测试人员具有参考 时器 ５ ５ ５构成的多谐振荡器精度 不高且难 以调 数和 显示之 间加入锁存 。只有当计数器停止计 及应用价值 。 节 ，故本设计采用晶体振荡器经分频获得。设 数后 （ 闸门信 号由高电平变低 电平后 ），才将 计 中时钟 电路采 用 ３ ２ ． ７ ６ ８ ｋ Ｈ ｚ石 英 晶体和 １ ４ 计 数值锁存 并输 出译码显示 ，锁存信号 由逻辑 １数字频率计测频的基本原理 级 分频 器 Ｃ Ｄ４ ０ ６ ０构 成 晶 体 振 荡 器 。ＣＤ ４ ０ ６ ０ 控制电路提供。因 Ｃ Ｄ４ ５ １ １为上升沿锁存 ，低 频 率 的定义 就是周 期性信 号在 单位 时间 内含有 １ ４级 的二进 制串行计数 器，可进 行分 电平导通、高 电平保持 ，因而 Ｃ Ｄ４ ５ １ ｌ 的锁存 （ １ ｓ ）内变化 的次数。若在一定 时间间隔 ｔ 内 频 ，３ ２ ． ７ ６ ８ ｋ Ｈｚ 谐 振 频率 经 内部 １ ４级计 数 器 端⑤ 脚接锁存信 号的非端 ， 即７ ４ Ｌ Ｓ １ ２ ３的④脚 。 测 得这个周期性 信号重复变化的次数 为 ｎ ，则 １ ６ ３ ８ ４分 频 后在 ＣＤ ４ ０ ６ ０输 出端 可 输 出 ２ Ｈｚ 这样在跳变的瞬问，锁存器导通，计数 器的数 其 频率可表示为：ｆ － ｎ ／ ｔ 。本数字频率计 的工作 脉 冲 信 号 ， 产 生 脉 冲 宽 度 为 １ ｓ的 方 波 ｆ ＝ ｌ ／ 值输入锁存器锁存 、并对计数器清零。为防止 原理为：被测信号经放大整形电路转 换成计数 Ｔ ＝ Ｉ ／ （ Ｉ ＋Ｉ ） ＝ Ｏ ． ５ Ｈｚ 。所 以 ２ Ｈ ｚ的 信 号 经 两 级 Ｄ 显示时出现 闪烁现象，锁存信号的周期必须大 器 所要求 的脉冲信 号， 其频率与被测信号相 同。 触 发器构 成的 四分频可获得 高 电平 为 １ ｓ的脉 于人眼的视觉滞留时间。 时基 电路提供标准 时间信 号 Ｔ，其 高电平持续 冲 信号 。Ｄ触发器 可 由 ７ ４ Ｌ Ｓ ７ ４构成 。要注意 时间 ＝１ ｓ ，当 １ ｓ 信 号到来时 ，闸 门开通 ，被测 在 电路中 Ｃ Ｄ ４ ０ ６ ０的清零端必须接地 ，否则计 ３ 设 计 总 结 脉冲信号通过闸门，计数器开始计数 。直到 １ ｓ 数器清零 、同时振荡器停振。 本 简 易数字 频率计 由 多个子 电路 组成， 信 号 结 束 时 闸 门关 闭、 停 止 计 数 ，同 时 保 持 原 ２ ． ３ 闸 门 电路 为保证 电路达到设计的精准度， 电路制作过程 有 的状 态 不 变 。 若 在 闸 门 时 间 １ ｓ内 计 数 器 记 中要注意对元器件兼容性 的检查 ，电路制作完 得 的脉冲 个数为 Ｎ，则被测 信号频率 ＝ ＮＨｚ 。 闸 门电路用 来控 制计 数时 间， 由一个与 成后还应使用示波器等仪器对其进行必要的检 逻辑控制电路的作用有 二： 非门构成。与非门的一端 由时基 电路提供 的秒 查 调 试 。 （ １ ）产生锁 存脉冲 ，使 显示器上 的数 字 脉冲输入，另一端由待测 信号整 形后输 入。电
简 易数 字频率计的设计
文／ 廖颖民
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时钟 的上升沿触 发工作脉 冲信号。７ ４ Ｌ Ｓ １ ２ ３可 完成该部分功能，其脉冲宽度由电路的时间常 成计数器要求的脉冲信号。设计 中采用 的是 由 数决定 ，但为保证系统正常工作，单稳电路产 ５ ５ ５定时器构成 的施 密特触 发器对波形进 行整 生的脉冲宽度不能大于该量程分频器输出信号 形。其工作原理为：当输 入信号电压逐 步升高 的周 期 。 时 ，＞施 密特上 的 ． 内部触发器 发生翻转 ；当 ２ ． ５计 数 器 电路 逐步下 降到 ＜ ，电路会再次发生翻转 。施 密特 触发器不仅可将缓变的输入信号转换为边沿陡 计 数器 对经 整形 （ 分 频 ） 后 的 待 测 信 号 峭的矩形波 ，同时在输入信号的上升过程中， 进行脉冲计数 ， 计数完毕后送入锁存译码 电路 ， 【 关键词 】数字 频率计 时基 电路 闸 门电路 输 出状态转换时对应的输入 电平，与输 入信号 并在 显示器上显示 。电路采用 ４位十进制计数 逻 辑 控 制 电路 计 数 器 电路 锁存 译 码 电路 下降过程中输 出状态转换时对应的输入电平数 器 级 联 而 成 ，十 进 制 计 数 器 使 用 ７ ４ Ｌ Ｓ ９ ０ ，其 值是不 同的 ， 亦即存在 所谓的“ 回差 ” 。 利用“ 回 中计数器的清零 由清零脉冲加手动复位开关实 差”可以排 除干扰 的影响 ，得到正确的波 形。 现。 数字 频率 计是用 来测 量频 率 与周期 ，并 ２ ． ２时基 电路 ２ 进行计数、测时的重要仪器，在使用上较示波 ６锁存译 码 电路 器经 济、便 利，现 已在 许 多领域 得到 广泛 应 时基 电路用 来产 生一个 标准 的时 间信号 锁存 译码 电路 由锁 存器 和译码 器构 成， 用。在产品的研发、实验、生产过程中，许多 以控 制计数器 的计数标准 时间。它可 由定时器 本 设计 采用 Ｃ Ｄ４ ５ １ ｌ来 实现 。Ｃ Ｄ ４ ５ １ １具有锁 情况下并不需要购置贵重的专用测频计数器， ５ ５ ５构 成 的 多 谐 振 荡 器 、 晶 体 振 荡 器 等 产 生 。 存 、译码和和驱动功能，可直接驱动数码管。 而可灵活采用 自行设计的测频计数电路，这不 由于时钟信 号是控制 计数 器计数 的标准时 间信 若计数器输 出直接接译码显示，则在闸门信号 仅方便工作 需要 、还可 降低成本 。本文论述采 号 ， 其 精度 在 很 大程 度上 决 定 了频 率 计 的测 量 为高 电平期 间、频率 的显示将会随着计数值的 用小规模集成块设计数字频率计的方法及相应 精度 。因而要求方波的宽度准确 且稳定。由定 增加而不断变化 。为 防止该现象产生，须在计 电路 ，对于 电子产 品开发 、测试人员具有参考 时器 ５ ５ ５构成的多谐振荡器精度 不高且难 以调 数和 显示之 间加入锁存 。只有当计数器停止计 及应用价值 。 节 ，故本设计采用晶体振荡器经分频获得。设 数后 （ 闸门信 号由高电平变低 电平后 ），才将 计 中时钟 电路采 用 ３ ２ ． ７ ６ ８ ｋ Ｈ ｚ石 英 晶体和 １ ４ 计 数值锁存 并输 出译码显示 ，锁存信号 由逻辑 １数字频率计测频的基本原理 级 分频 器 Ｃ Ｄ４ ０ ６ ０构 成 晶 体 振 荡 器 。ＣＤ ４ ０ ６ ０ 控制电路提供。因 Ｃ Ｄ４ ５ １ １为上升沿锁存 ，低 频 率 的定义 就是周 期性信 号在 单位 时间 内含有 １ ４级 的二进 制串行计数 器，可进 行分 电平导通、高 电平保持 ，因而 Ｃ Ｄ４ ５ １ ｌ 的锁存 （ １ ｓ ）内变化 的次数。若在一定 时间间隔 ｔ 内 频 ，３ ２ ． ７ ６ ８ ｋ Ｈｚ 谐 振 频率 经 内部 １ ４级计 数 器 端⑤ 脚接锁存信 号的非端 ， 即７ ４ Ｌ Ｓ １ ２ ３的④脚 。 测 得这个周期性 信号重复变化的次数 为 ｎ ，则 １ ６ ３ ８ ４分 频 后在 ＣＤ ４ ０ ６ ０输 出端 可 输 出 ２ Ｈｚ 这样在跳变的瞬问，锁存器导通，计数 器的数 其 频率可表示为：ｆ － ｎ ／ ｔ 。本数字频率计 的工作 脉 冲 信 号 ， 产 生 脉 冲 宽 度 为 １ ｓ的 方 波 ｆ ＝ ｌ ／ 值输入锁存器锁存 、并对计数器清零。为防止 原理为：被测信号经放大整形电路转 换成计数 Ｔ ＝ Ｉ ／ （ Ｉ ＋Ｉ ） ＝ Ｏ ． ５ Ｈｚ 。所 以 ２ Ｈ ｚ的 信 号 经 两 级 Ｄ 显示时出现 闪烁现象，锁存信号的周期必须大 器 所要求 的脉冲信 号， 其频率与被测信号相 同。 触 发器构 成的 四分频可获得 高 电平 为 １ ｓ的脉 于人眼的视觉滞留时间。 时基 电路提供标准 时间信 号 Ｔ，其 高电平持续 冲 信号 。Ｄ触发器 可 由 ７ ４ Ｌ Ｓ ７ ４构成 。要注意 时间 ＝１ ｓ ，当 １ ｓ 信 号到来时 ，闸 门开通 ，被测 在 电路中 Ｃ Ｄ ４ ０ ６ ０的清零端必须接地 ，否则计 ３ 设 计 总 结 脉冲信号通过闸门，计数器开始计数 。直到 １ ｓ 数器清零 、同时振荡器停振。 本 简 易数字 频率计 由 多个子 电路 组成， 信 号 结 束 时 闸 门关 闭、 停 止 计 数 ，同 时 保 持 原 ２ ． ３ 闸 门 电路 为保证 电路达到设计的精准度， 电路制作过程 有 的状 态 不 变 。 若 在 闸 门 时 间 １ ｓ内 计 数 器 记 中要注意对元器件兼容性 的检查 ，电路制作完 得 的脉冲 个数为 Ｎ，则被测 信号频率 ＝ ＮＨｚ 。 闸 门电路用 来控 制计 数时 间， 由一个与 成后还应使用示波器等仪器对其进行必要的检 逻辑控制电路的作用有 二： 非门构成。与非门的一端 由时基 电路提供 的秒 查 调 试 。 （ １ ）产生锁 存脉冲 ，使 显示器上 的数 字 脉冲输入，另一端由待测 信号整 形后输 入。电
数字频率计设计与仿真
数字频率计设计一、实验目的1、了解等精度测频的方法和原理。
2、掌握如何在FPGA 内部设计多种功能模块。
3、掌握VHDL 在测量模块设计方面的技巧。
二、实验原理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（也称闸门时间）内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为f＝N/T由上面的表示式可以看到，若时间间隔T 取1s，则f＝N。
由于闸门的起始和结束的时刻对于信号来说是随机的，将会有一个脉冲周期的量化误差。
进一步分析测量准确度：设待测信号脉冲周期为Tx，频率为Fx，当测量时间为T=1s时，测量准确度为δ=Tx/T=1/Fx。
由此可知这种直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有关，当待测信号频率较高时，测量准确度也较高，反之测量准确度较低。
因此，这种直接测频法只适合测量频率较高的信号，不能满足在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求。
若要得到在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求，应该考虑待精度频率测量等其它方法。
等精度频率测频的实现方法，可以用图23-1 所示的框图来实现。
三、实验内容本实验要完成的任务就是设计一个频率计，系统时钟选择核心板上的20M 的时钟，闸门时间为1s（通过对系统时钟进行分频得到），在闸门为高电平期间，对输入的频率进行计数，当闸门变低的时候，记录当前的频率值，并将频率计数器清零，频率的显示每过2 秒刷新一次。
被测频率通过一个拨动开关来选择是使用系统中的数字时钟源模块的时钟信号还是从外部通过系统的输入输出模块的输入端输入一个数字信号进行频率测量。
当拨动开关为高电平时，测量从外部输入的数字信号，否则测量系统数字时钟信号模块的数字信号。
其实现框图如下图在本实验中，用到的模块有数字信号源模块、拨动开关模块、20M 系统时钟源模块、数码管显示模块等。
其中数码管、数字信号源、拨动开关与FPGA的连接电路和管脚连接在以前的实验中都做了详细说明，这里不在赘述。
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《电子仿真技术》实训报告题目简易数字频率计的设计、仿真
所在学院电子信息工程学院
专业班级***
学生姓名*** 学号***
指导教师***
完成日期* 年* 月* 日
一．设计思路
（1）电路简述
所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s) 变化的次数．若在一定时间间隔T测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为fx=N/T 。
因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。
可见数字频率计主要由闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。
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（1S ）信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的1S 时间对信号波形计数，数值保持及自动清零，并将计数结果在显示器上显示出来，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。
被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。
时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T 的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。
可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,
测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键。
（2）任务目标
利用multisim9.0软件设计一个简易数字频率计，其基本要：
1. 被测信号的频率围1KHZ～100MHZ（理想频率围）；
2. 被测信号可以为正弦波、三角波或方波信号；
3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位。
二、设计电路原理框图
设计方案框图如图所示：
如图所示此频率计的主体电路由时基电路、整形电路、锁存器电路和计数显示电路组成。
它的工作过程是由时基电路产生一标准时间信号控制阀门，调节时基电路中的电阻可产生需要的标准时间信号。
信号输入整形电路中，经过整形，输出一方波，通过阀门后，计时器对其计数。
当计数完毕，时基电路输出一个上升
沿，使锁存器打开，计数器计数结果输入译码器，从而让显示器显示。
三．单元电路设计与分析
1.时基电路模块的设计
时基信号控制计数器计数的标准时间信号，其精度在很大程度上决定了频率计的频率测量精度。
要求较高时，一般使用晶体振荡器通过分频获得。
在本设计中依然使用了555定时器构成了单稳态触发器，输入单脉冲，输出一标准时间信号，从而在时间上控制计数器计数的时间。
在此频率计中，时钟信号采用由555构成的单稳态触发器。
由一个按钮开关来产生脉冲源，其原理为悬空为高电平，按下开关产生低电平，松开又为高电平，从而产生一单脉冲。
2. 逻辑控制电路的设计
控制电路是数字频率计正常工作的中枢部分。
在这一部分的设计构思过程中，认真对各种频率信号的组合及搭配进行分析，可以分别得到用采控制计数译码的锁存信号和清零信号。
控制电路的时序电路如图所示：
X1
X2gate hold
图：子电路
控制部分的工作原理：当清零信号由0变为1时，此时计数器的清零
工作已经完成。
闸门开始打开，当闸门打开时，即闸门信号为高电平时，计数器开始计数我们所设计的闸门的高电平时间为1S，在此时间计数器计数被测信号的变化次数，所得结果便是被测信号的频率。
3.十进制计数器模块设计
十进制计数器具体的电路图如图所示
将十进制计数器封装为子电路，如下图所示：
X1
X1clock load cten QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2QD2QA3QB3QC3QD3QA4QB4QC4QD4QA5QB5QC5QD5
4. 总体电路设计与调试
搭建好以上电路以后，进行调试，首先分模块进行调试，待每一个模块调试正确后，再进行不规则联调。
四.仿真
数字频率计总体电路如图所示：
五．分析与总结
在本次《电子仿真技术》课程设计中，我了解到了数字频率计的工作原理，并且进一步学习了模拟电路仿真技术。
同时还发现了自己的很多不足，在理论知识上的很多漏洞，认识到自己的思维还是不够活跃。
本次课程设计过程中虽然遇到一些阻碍，但通过我的努力，最终还是克服了这些困难，让我体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐趣,提高了独立思考以及克服困难的能力。
设计是我们将来必需的技能，这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会。
在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢，同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用，让自己的知识面更加的开阔。
因此，电子课程设计使我们获益匪浅，希望还有机会学习更多有关此类课程设计的知识。
通过这次课程设计实践，巩固了学过的知识并能够较好的利用，对自己是一次很好的实践锻炼机会。
课程设计实践不单是将所学的知识应用于实际，在设计的过程中，只拥有理论知识是不够的。
逻辑思维、电路设计的步骤和方法、考虑问题的思路和角度等也是很重要，是需要我们着重锻炼的能力。