数字频率计设计报告

数字频率计设计报告电子信息学院王家华2010301430004邹仁亭2010301430003肖伟2010301430001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，因此频率的测量显得更为重要。

频率测量的方式通常是对方波信号进行沿判断或电平判断，再对相应的方波脉冲进行计数从而实现频率测量，因此频率测量的精度比一般其他物理量的精度要高很多。

数字频率计是近代电子技术领域的重要工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器（测量系统通过转换电路将所需测量的量转换为频率）从而通过测频率来提高精度的。

本设计的数字频率计是基于超低功耗MSP430单片机来测量信号的频率，通过计数器计数，并用十进制数显示出来，它具有精度高，测量速度快，读数直观等优点。

关键词：频率测量;数字频率计; 单片机; 计数器;显示；目录一，设计要求及功能设计方案1,设计任务要求及相关指标2,功能设计二，频率测量方案的比较选择与理论分析1，频率测量方法2，方案的比较选择与理论分析3，方案的选择确定三，系统总设计方案及总体框图四，单元模块电路与程序设计1，稳压源模块2，放大整形模块3，数据测量计数模块4，程序设计模块五，测试结果分析1，稳压模块测试2，放大整形电路测试3，频率精度测试六，实验过程遇到的问题及解决方法1，电压不匹配2，161计数器计数不准确3，自动换挡模块效果不够理想4，不能满足小信号输入时的要求一，设计要求及功能设计方案1,设计要求1.1基本要求（1）频率测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3;（2）周期测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3；（3）十进制数字显示测量结果。

1.2 发挥部分（1）频率测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-5（2）周期测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差≤10-5；（3）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。

《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：±1Hz。

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）率，而且还可以测量它们的周期。

经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。

数字频率计设计报告数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器，广泛应用于电子领域。

本文将针对数字频率计的原理、工作方式以及应用进行详细介绍。

一、引言数字频率计是一种基于数字信号处理技术的测量仪器，它能够精确地测量信号的频率。

它广泛应用于通信、无线电、音频和视频等领域，对于各种信号的频率测量具有重要意义。

二、原理数字频率计的测量原理基于信号的周期性特征。

当一个信号通过数字频率计时，它会被转换成数字信号，并通过计数器进行计数。

通过计数器的计数结果和时间基准的参考值进行比较，就可以得到信号的频率。

三、工作方式数字频率计的工作方式通常分为两种：直接计数法和间接计数法。

1. 直接计数法：该方法直接对信号进行计数，通过计数器对信号的脉冲进行计数，并将计数结果进行处理得到频率值。

这种方法简单直接，但对于高频率信号的计数精度较低。

2. 间接计数法：该方法通过将信号的频率分频至低频范围内进行计数。

通过将高频信号分频后再进行计数，可以提高测量的精度。

四、应用数字频率计在各个领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 通信领域：数字频率计在通信系统中被用于测量信号的载波频率，确保信号的稳定传输。

同时，数字频率计还可以用于频率偏移的测量，以评估通信系统的性能。

2. 无线电领域：数字频率计被用于测量无线电频率，对于射频信号的测量具有重要意义。

它可以用于无线电台站的调试和维护，以确保无线电信号的质量和稳定性。

3. 音频和视频领域：数字频率计在音频和视频设备的校准和测试中被广泛应用。

它可以测量音频和视频信号的频率，以确保音频和视频设备的正常工作。

4. 科学研究领域：数字频率计在科学研究中也起到了重要的作用。

比如，在天文学研究中，数字频率计可以用于测量天体的射电信号频率，从而研究宇宙的演化和结构。

五、总结数字频率计作为一种精确测量信号频率的仪器，在电子领域中有着广泛的应用。

本文从原理、工作方式和应用等方面对数字频率计进行了详细介绍。

数字频率计设计报告数字频率计设计报告一、设计目标本次设计的数字频率计旨在实现对输入信号的准确频率测量，同时具备操作简单、稳定性好、误差小等特点。

设计的主要目标是实现以下功能：1. 测量频率范围：1Hz至10MHz；2. 测量精度：±0.1%；3. 具有数据保持功能，可在断电情况下保存测量结果；4. 具有报警功能，可设置上下限；5. 使用微处理器进行控制和数据处理。

二、系统概述数字频率计系统主要由以下几个部分组成：1. 输入信号处理单元：用于将输入信号进行缓冲、滤波和整形，以便于微处理器进行准确处理；2. 计数器单元：用于对输入信号的周期进行计数，并通过微处理器进行处理，以得到准确的频率值；3. 数据存储单元：用于存储测量结果和设置参数；4. 人机交互单元：用于设置参数、显示测量结果和接收用户输入。

三、电路原理数字频率计的电路原理主要包括以下步骤：1. 输入信号处理：输入信号首先进入缓冲器进行缓冲，然后通过低通滤波器进行滤波，去除高频噪声。

滤波后的信号通过整形电路进行整形，以便于微处理器进行计数。

2. 计数器单元：整形后的信号输入到计数器，计数器对信号的周期进行计数。

计数器的精度直接影响测量结果的精度，因此需要选择高精度的计数器。

3. 数据存储单元：测量结果和设置参数通过微处理器进行处理后，存储在数据存储单元中。

数据存储单元一般采用EEPROM或者Flash 存储器。

4. 人机交互单元：人机交互单元包括显示屏和按键。

用户通过按键设置参数和查看测量结果。

显示屏用于显示测量结果和设置参数。

四、元器件选择根据系统设计和电路原理，以下是一些关键元器件的选择：1. 缓冲器：采用高性能的运算放大器，如OPA657；2. 低通滤波器：采用一阶无源低通滤波器，滤波器截止频率为10kHz；3. 整形电路：采用比较器，如LM393；4. 计数器：采用16位计数器，如TLC2543；5. 数据存储单元：采用EEPROM或Flash存储器，如24LC64；6. 显示屏：采用带ST7565驱动的段式液晶显示屏，如ST7565R。

数字频率计的设计实验报告实验名称：数字频率计的设计实验日期：2021年7月1日实验目的：设计并实现一个基于计数器的数字频率计，使用计数器测量输入信号的频率，并将结果显示在数码管上。

实验器材：FPGA开发板、数字频率计模块、计数器模块、数码管模块。

实验原理：1. 计数器模块设计一个计数器模块，用于计数示波器输入脉冲信号的时间。

计数器的计数时间可以根据需要进行调整。

2. 数字频率计模块设计一个数字频率计模块，用于将计数器的计数时间转换为输入信号的频率。

通过计算计数器的计数值来计算频率，并将结果显示在数码管上。

3. 数码管模块设计一个数码管模块，用于将数字频率计模块计算出的频率值转换为可以在数码管上显示的数码。

实验步骤：1. 搭建实验电路将FPGA开发板连接到计数器模块、数字频率计模块和数码管模块。

2. 编写Verilog代码根据上述原理，编写计数器模块、数字频率计模块和数码管模块的Verilog代码。

3. 编译代码并下载到FPGA开发板使用Xilinx Vivado软件将Verilog代码编译成比特流文件，并将比特流文件下载到FPGA开发板中。

4. 测试实验将示波器的输出信号连接到数字频率计的输入端，并将数字频率计连接到数码管。

通过计算数字频率计的输出，验证数字频率计的测量准确性。

实验结果：经过测试，数字频率计的测量准确度在实验误差范围内。

输入不同频率的信号时，数码管能够正确显示频率值。

实验总结：通过本次实验，成功设计并实现了一个基于计数器的数字频率计。

该实验不仅巩固了计数器、数码管等模块的设计知识，也提高了学生的Verilog编程能力。

在实验中，学生还学习了如何使用FPGA开发板进行数字电路实验，以及测试和验证数字电路的方法和技巧。

数字频率计课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 让学生理解数字频率计的基本原理，掌握频率、周期等基本概念；2. 使学生掌握数字频率计的使用方法，能够正确操作仪器进行频率测量；3. 引导学生运用已学的数学知识，对测量数据进行处理，得出正确结论。

技能目标：1. 培养学生动手操作仪器的技能，提高实验操作能力；2. 培养学生运用数学知识解决实际问题的能力，提高数据分析处理技能；3. 培养学生团队协作能力，提高实验过程中的沟通与交流技巧。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理实验的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，养成实验过程中认真观察、准确记录的好习惯；3. 引导学生认识到物理知识在实际应用中的价值，提高学以致用的意识。

课程性质：本课程为物理实验课，结合数字频率计的原理与应用，培养学生的实践操作能力和数据分析能力。

学生特点：六年级学生具备一定的物理知识和数学基础，对实验操作充满好奇，具备初步的团队合作能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导学生主动参与实验过程，培养其动手能力和解决问题的能力。

通过课程目标的分解，使学生在实验过程中达到预期的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 数字频率计基本原理：- 频率、周期的定义与关系；- 数字频率计的工作原理；- 数字频率计的测量方法。

2. 实验操作技能：- 数字频率计的操作步骤；- 实验过程中的注意事项；- 数据记录与处理方法。

3. 教学大纲：- 第一课时：介绍数字频率计的基本原理，让学生了解频率、周期的概念及其关系；- 第二课时：讲解数字频率计的工作原理，引导学生掌握其操作方法；- 第三课时：分组进行实验操作，让学生动手测量不同频率的信号；- 第四课时：对测量数据进行处理与分析，培养学生数据分析能力；- 第五课时：总结实验结果，讨论实验过程中遇到的问题及解决办法。

4. 教材章节：- 《物理》六年级下册：第六章《频率与波长》；- 《物理实验》六年级下册：实验八《数字频率计的使用》。

根据系统设计要求， 需要实现一个 4 位十进制数字频率计， 其原理框 图如图 1 所示。

主要由脉冲发生器电路、 测频控制信号发生器电路、 待测 信号计数模块电路、 锁存器、 七段译码驱动电路及扫描显示电路等模块组 成。

由于是4位十进制数字频率计， 所以计数器CNT10需用4个，7段显示译 码器也需用4个。

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。

为此，测频控制信号发生器 F_IN_CNT 应设置一个控制信号时钟CLK ， 一个计数使能信号输出端EN 、一个与EN 输出信号反 向的锁存输出信号 LOCK 和清零输出信号CLR 。

若CLK 的输入频率为1HZ ，则输出信号端EN 输出 一个脉宽恰好为1秒的周期信号， 可以 作为闸门信号用。

由它对频率计的 每一个计数器的使能端进行同步控制。

当EN 高电平时允许计数， 低电平时 住手计数，并保持所计的数。

在住手计数期间，锁存信号LOCK 的上跳沿 将计数器在前1秒钟的计数值锁存进4位锁存器LOCK ，由7段译码器译出 并稳定显示。

设置锁存器的好处是： 显示的数据稳定， 不会由于周期性的标准时钟 CLKEN待测信号计数电路脉冲发 生器待测信号F_INLOCK锁存与译 码显示驱 动电路测频控制信 号发生电路CLR扫描控制数码显示清零信号而不断闪烁。

锁存信号之后，清零信号CLR对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。

时基产生与测频时序控制电路主要产生计数允许信号EN、清零信号CLR 和锁存信号LOCK。

其VHDL 程序清单如下：--CLK_SX_CTRLLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CLK_SX_CTRL ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOCK: OUT STD_LOGIC;EN: OUT STD_LOGIC;CLR: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF CLK_SX_CTRL ISSIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THENIF Q="1111"THENQ<="0000";ELSEQ<=Q+'1';END IF;END IF;EN<=NOT Q(3);LOCK<=Q(3)AND NOT(Q(2))AND Q(1);CLR<=Q(3)AND Q(2)AND NOT(Q(1));END PROCESS;END ART;测频时序控制电路：为实现系统功能,控制电路模块需输出三个信号：一是控制计数器允许对被测信号计数的信号EN；二是将前一秒计数器的计数值存入锁存的锁存信号LOCK；三是为下一个周期计数做准备的计数器清零信号CLR。

数字频率计设计报告学院：姓名：学号：专业：指导老师：2008-11-11一．内容介绍数字频率计是用来测量信号频率的装置。

它可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率。

在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，经常要用到频率计。

由于其用十进制数显示，测量速度、精度高、显示直观，因此频率计得到广泛的应用。

二．设计内容、技术指标及框图设计内容：设计只用一只数码管显示结果的数字频率计。

技术指标：1.被测量信号频率范围：1KHZ-999KHZ2.测量精度：测量显示3位有效数字3.时基时间宽度：1ms4.测试和显示方法：（1）只用一只数码管显示结果。

（2）每2秒钟自动测试一次，按百、十、个、全灭的顺序逐位显示测试结果，每位的显示时间为0.5秒。

数字频率计的框图：如图1。

图1 频率计系统框图三．单元电路设计1. 时基产生电路时基信号的产生电路可用石英晶体振荡器经分频后得到高稳定度的时基信号。

图2采用CC4060十四级计数器构成0.5s脉冲（3）和毫秒脉冲1ms时基信号。

12脚接地。

图2 秒脉冲和毫秒脉冲时基产生电路2.节拍信号发生器设计要求每2秒自动测试一次，按百、十、个、灭的顺序逐位显示测试结果。

由此可知，节拍信号发生器需产生四种状态的变化，变化周期为2秒。

四种状态信号可以提供给数据选择器的地址端，用来逐位显示百、十、个、灭，2秒的周期信号用来控制计数器计数，保持和清零。

如图3。

节拍信号发生器图3 节拍信号发生器及波形3.整形电路将输入的被测信号送入施密特触发器74LS132的输入端，其输入将得到矩形波至闸门输入如图4。

图4 整形电路4.控制电路（门控电路）要求控制器每2秒向主闸门输入一个时间为2秒，采样脉宽为1ms的周期信号，如图5。

采用2个D触发器，以时基信号T=1ms作为同步时钟脉冲。

控制器电路图5 控制器电路及波形图5.译码显示电路计数器锁存百、十、个数据传送到数据选择器，数据选择器受节拍信号的控制，分时地送入译码显示电路，故译码显示由数据选择器、译码器及数码管组成。

数字频率计设计实验报告1.实验目的本实验旨在通过设计数字频率计的电路，使学生掌握数字电路的设计与运用，加深对计数器、分频器等数字电路的理解，同时熟悉数字电路及测量方法。

2.实验原理数字频率计的原理基于时间测量，将待测信号的周期或频率转化为时间或计数值，再转化为显示在数码管上的频率或周期。

其电路主要由时基、型切换及显示部分组成。

时基部分是实现数字频率计最核心的部分，具有准确的定频测量功能。

根据时基频率的稳定性，数字频率计还可分为光学时基式和晶体时基式，后者是目前数字频率计设计中较为主流和有效的方案。

型切换部分是将输入信号的周期或频率转化为电平，经一个比较器进行比较，输出脉冲后送到后端的计数器。

可分为一级型切换和两级型切换，一级型切换分频系数较小，能测量的频率范围较宽，但精度相对较低；两级型切换分频系数较多，能够实现更高的精度，但测量范围相对较窄。

显示部分主要由解码器、数码管、驱动器等构成，将计数器输出的数字部分经过解码器解码，以驱动数码管显示实际测量结果。

3.实验内容3.1电路设计本实验按照晶体时基式数字频率计的设计原理，设计一个简单的频率计电路。

时基部分采用简单的晶体振荡器电路，输入3V的电源电压，晶体振荡频率为6M，采用CD4066B型CMOS开关实现时填充寄存器与计数控制部分的切换。

型切换部分采用两级型切换，以加强精度，输入信号经过第一级分频后送到S1端，S1端接CD4066B的开关控制引脚，在S1位置上的6dB衰减电阻衰减输入信号再经过第二级分频后进入计数控制部分。

显示部分采用三片74LS47数码管显示器驱动芯片将数码转移至共阴数码管，选用CD4052B组成的位选开关循环驱动数码管。

3.2电路测试将方法频率计电路搭建完成后，接通电源，输入300Hz、3kHz、30kHz和300kHz的信号，观察数码管的测量结果。

并与示波器进行对比，计算相对误差。

4.实验结果通过实验测试，本设计可以稳定地测量300Hz至300kHz范围内的信号频率，并且测量误差相对较小。

简易数字频率计课程设计报告《简易数字频率计课程设计报告》一、设计目的和背景随着科技的不断发展和普及，计算机已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

而数字频率计作为一种常见的电子测量仪器，在工业控制、电信通讯等领域有着广泛的应用。

本课程设计旨在通过设计一款简易的数字频率计，以帮助学生深入了解数字频率计的工作原理和设计方法。

二、设计内容和步骤1. 学习数字频率计的基本原理和工作方式：介绍数字频率计的基本功能、硬件组成和工作原理。

2. 设计数字频率计的主要电路：通过研究数字频率计的电路原理图，设计出适用于本设计要求的主要电路。

3. 制作数字频率计的原型：使用电子元器件将电路图中设计的电路进行实际制作，制作出数字频率计的原型。

4. 测试数字频率计的性能：通过对数字频率计进行各种频率波形的测试，验证其测量准确性和稳定性。

5. 优化和改进设计：根据测试结果和用户反馈，对数字频率计的电路和功能进行进一步优化和改进。

三、预期效果和评价标准通过本课程设计，预期学生能够掌握数字频率计的基本工作原理、主要电路设计和制作方法，并且能够针对实际需求进行优化和改进。

评价标准主要包括学生对数字频率计原理的理解程度、电路设计的准确性和创新性，以及对数字频率计性能进行测试和改进的能力。

四、开展方式和时间安排本课程设计可以结合理论学习和实践操作进行，建议分为以下几个阶段进行：1. 第一阶段（1周）：学习数字频率计的基本原理和工作方式。

2. 第二阶段（1周）：设计数字频率计的主要电路。

3. 第三阶段（2周）：制作数字频率计的原型，并进行性能测试。

4. 第四阶段（1周）：优化和改进数字频率计的设计。

总共需要约5周的时间来完成整个课程设计。

五、所需资源和设备1. 教材教辅资料：提供数字频率计的基本原理和电路设计方法的教材或教辅资料。

2. 实验设备和工具：数字频率计的主要电路所需的电子元器件、测试仪器和焊接工具等。

3. 实验环境：提供安全、稳定的实验室环境，以及必要的计算机软件支持。

目录第一章概述1.1 数字频率计功能及特点1.2 数字频率计应用意义第二章设计方案2.1 设计指标与要求2.2 设计原理2.3方案论证第三章数字频率计分析及参数设计3.1 电路基本原理3.2 时基电路设计3.3闸门电路设计3.4控制电路设计3.5 小数点显示电路设计3.6 整体电路图第四章设计总结4.1 整体电路图4.2 元器件列表4.3 设计心得与体会4.4 附录4.5 参考文献第一章、概述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。

它不仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期。

经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。

因此数字频率计在测量其他物理量如转速、振动频率等方面获得广泛应用。

1.1 整体功能及特点1，频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲及其它各种周期信号。

2，测量信号复制范围0.5-5v3，显示方式：四维十进制LED显示4，测量范围：1HZ-10HZ5,测量误差：≤±0.1%6，自动检测切换量程1.2 数字频率计应用意义数字频率计是一种应用很广泛的仪器电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。

数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。

集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2大类。

数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。

一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。

数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个领域。

第二章设计方案2.1 设计指标与要求2.1.1 设计指标1，频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲及其它各种周期信号。

数字频率计设计报告一、设计摘要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案和测量结果都有密切的联系，因此频率的测量就显得更为重要。

测量频率的方法有多种，其中数字频率计测量频率具有精度高，使用方便，测量迅速，是频率测量的重要手段之一。

本文阐述了基于单片机设计了一个简单的数字频率计的过程。

二、原理电路和程序设计1、原理设计频率的定义为单位时间内信号变化周期数的倒数。

如果在单位时间T内变化了N次，则此时的频率应为f=N/T。

所以只要测出了N和T，就可以在单片机内算出频率。

本次设计采用单片机作为系统控制核心，主要包括放大整形电路、分频电路、译显示电路及51单片机模块。

2、放大设计放大电路由运算放大器LM318N组成的，R1为10kΩ，R2为100kΩ的滑动变阻器，因此可以将输入波形从10mV~1V 放大到3~5V的一般电压幅度，并对此波形进行频率测量。

放大电路图如下：放大仿真图像如下图所示：实验过程中发现测量误差较大，故改用10K电阻，以降低误差。

经实验，放大倍数达到1~10倍，符合要求。

3、整形设计整形电路采用两个非门组成的斯密特触发器。

施密特触发器电路如下图所示：斯密特触发器整形电路仿真图像如下：但施密特触发器实现的整形并不明显，导致正弦波输入的测频范围仅在0~5M，进一步的电路修改仍在进行中。

4、分频设计对于本次实验来说，10M的频率，单位时间内变化的次数已经超过了单片机的最大承受次数，故要进行分频。

实验中采用了3个74LS160进行分频，使频率分别降低10~1000倍。

分频电路如下图所示：5、51单片机模块设计单片机时钟输入为11.0592MHz，P0口接10kΩ上拉电阻。

三、程序设计测频及LCD显示程序采用C语言编写，使用了单片机中的两个定时器，定时器0作为计数频率输入，定时器1作为计时窗口计时器，每个循环为250um，理论上4000个循环可以达到1s的窗口时间。

但是此时输入频率为1kHZ的输入信号会显示1092HZ，因此该系统存在误差。

实验四数字频率计设计（1）【实验目的】1．掌握数字频率计的Verilog描述方法；2．学习设计仿真工具的使用方法；3．学习层次化设计方法；【实验内容】1．用4位十进制计数器对用户输入时钟进行计数, 计数间隔为1秒, 计数满1秒后将计数值（即频率值）锁存到4位寄存器中显示, 并将计数器清0, 再进行下一次计数。

2．为上述设计建立元件符号【实验原理】设计clk为1秒的计数器, 对用户输入的时钟进行计数, 所以记数间隔为1秒。

而在计数器后是寄存器, 所以可以将产生的数据放在寄存器里进行寄存, 然后再进行4位到7位转换, 在led上显示。

【程序源代码】（加注释）module CNT(CLKK,CNT_EN,RST_CNT,LOAD);input CLKK;output CNT_EN,RST_CNT,LOAD;wire CNT_EN,LOAD;reg RST_CNT,div2clk;always @(posedge CLKK) //定义CLKK为上升沿敏感信号div2clk<=~div2clk;always@(CLKK or div2clk)beginif(CLKK==1'b0&div2clk==1'b0)RST_CNT<=1'b1; //使用非阻塞赋值语句else RST_CNT<=1'b0;endassign LOAD=~div2clk;assign CNT_EN=div2clk;endmodule //模块结束module C10(CLK,EN,RST,COUT,DOUT);input CLK,EN,RST;output COUT;output [3:0]DOUT; //定义DOUT为4位带宽reg[3:0]Q; //定义Q为4位位宽reg COUT;assign DOUT=Q;always@(posedge CLK or posedge RST)beginif(RST)Q=0;else if(EN)beginif(Q<9)Q=Q+1; //当Q小于9时Q=Q+1else Q=0;endendalways@(Q)if(Q==4'b1001) //当Q为4位的1001时执行语句COUT=1;elseCOUT=0;endmodulemodule RGB4(DIN,LOAD,Dout);input LOAD;input [3:0] DIN; //定义DIN为4位位宽output [3:0] Dout;reg [3:0] Dout; //定义Dout为4位位宽的寄存器变量always@(posedge LOAD)Dout=DIN;endmodulemodule LED(in,led7);input [3:0] in;output [6:0] led7;reg [6:0] led7; //定义了led7为4位位宽的寄存器变量always@(in)begincase(in) //使用case语句0:led7<=7'b0111111; //in=0时输出7位的二进制01111111:led7<=7'b0000110; // in=1时输出7位的二进制00001102:led7<=7'b1011011; // in=2时输出7位的二进制10110113:led7<=7'b1001111; // in=3时输出7位的二进制10011114:led7<=7'b1100110; // in=4时输出7位的二进制11001105:led7<=7'b1101101; //in=5时输出7位的二进制11011016:led7<=7'b1111101; // in=6时输出7位的二进制11111017:led7<=7'b0000111; // in=7时输出7位的二进制00001118:led7<=7'b1111111; // in=8时输出7位的二进制11111119:led7<=7'b1101111; // in=9时输出7位的二进制1101111default led7<=7'b1110111; //当出现错误时输出7位二进制1110111endcaseendendmodulemodule freg(CLK1,UCLK,led0,led1,led2,led3,rst,en,load);input CLK1,UCLK;output[6:0] led0,led1,led2,led3;output rst,en,load;wire [3:0] dout0,dout1,dout2,dout3, //定义dout0, dout1, dout2, dout3为网线型变量trs0,trs1,trs2,trs3;wire inload,inrst,inen,co,c1,c2; //定义inload, inrst, inen, c1, c2为网线型变量assign rst=inrst,load=inload,en=inen;CNT u1(.CLKK(CLK1),.CNT_EN(inen),.RST_CNT(inrst),.LOAD(inload)); //例化CNT模块C10 u2(.CLK(UCLK),.EN(inen),.RST(inrst),.COUT(c0),.DOUT(dout0));C10 u3(.CLK(c0),.EN(inen),.RST(inrst),.COUT(c1),.DOUT(dout1));C10 u4(.CLK(c1),.EN(inen),.RST(inrst),.COUT(c2),.DOUT(dout2));C10 u5(.CLK(c2),.EN(inen),.RST(inrst),.DOUT(dout3));RGB4 u6(.DIN(dout0),.LOAD(inload),.Dout(trs0));RGB4 u7(.DIN(dout1),.LOAD(inload),.Dout(trs1));RGB4 u8(.DIN(dout2),.LOAD(inload),.Dout(trs2));RGB4 u9(.DIN(dout3),.LOAD(inload),.Dout(trs3));LED u10(.in(trs0),.led7(led0));LED u11(.in(trs1),.led7(led1));LED u12(.in(trs2),.led7(led2));LED u13(.in(trs3),.led7(led3));endmodule【仿真和测试结果】【元件符号与总框图】【硬件仿真结果】:【实验心得和体会】随着做实验的次数越来越多, 我对QuartusII越来越熟悉, 对EDA也越来越熟悉, 对于这门课程也越来越有兴趣了, 我将会在接下来的学习中继续努力学习。

一、实训目的1. 熟悉数字频率计的原理和设计方法。

2. 学会使用数字电路设计工具进行电路设计。

3. 提高实际动手能力，培养创新思维。

4. 增强团队协作意识。

二、实训内容本次实训以设计一款简易数字频率计为目标，主要内容包括：1. 确定设计指标和功能要求。

2. 设计数字频率计的硬件电路。

3. 编写程序实现频率计的功能。

4. 进行电路调试和测试。

三、设计指标和功能要求1. 频率测量范围：1Hz～99.99kHz。

2. 波形测量：正弦波、方波、三角波等。

3. 数码显示：LCD1602液晶显示屏。

4. 量程选择：手动切换。

5. 误差：≤±1%。

四、硬件电路设计1. 信号输入电路：采用LM324运算放大器作为信号放大和整形电路，确保信号幅度在1Vpp以上。

2. 分频电路：采用74HC390计数器进行分频，将输入信号频率降低到计数器可计数的范围内。

3. 计数电路：采用74HC595移位寄存器实现计数功能，计数结果通过串口输出。

4. 显示电路：采用LCD1602液晶显示屏显示频率值。

5. 控制电路：采用AT89C52单片机作为主控制器，负责信号处理、计数、显示和量程切换等功能。

五、程序设计1. 初始化：设置计数器初值、波特率、LCD1602显示模式等。

2. 主循环：检测信号输入、计数、计算频率、显示结果。

3. 信号处理：对输入信号进行放大、整形、分频等处理。

4. 计数：根据分频后的信号频率，对计数器进行计数。

5. 计算频率：根据计数结果和分频系数计算实际频率。

6. 显示：将计算出的频率值通过串口发送到LCD1602显示屏。

7. 量程切换：根据手动切换的量程，调整分频系数。

六、电路调试与测试1. 调试信号输入电路，确保信号幅度在1Vpp以上。

2. 调试分频电路，确保分频后的信号频率在计数器可计数的范围内。

3. 调试计数电路，确保计数器能够正确计数。

4. 调试显示电路，确保LCD1602显示屏能够正确显示频率值。

数字式频率计设计报告一、内容摘要在电子技术中，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。

本次课程设计的目的是根据已经学到的知识，按照这次课程设计的要求设计一个简易的数字式频率计，要求频率计范围内能测出所输入信号的频率。

测量频率的方法有多种，中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，其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。

二、设计内容及要求：1、被测量信号：方波、正弦波、三角波，0~4V；2、测量频率范围: 1Hz~9999Hz；3、测量精度误差为1HZ；4、显示方式：用LED数码管显示4位十进制频率数值；5、时基电路由555构成的多谐振荡器产生三、设计原理及方案数字频率计就是直接用十进制的数字来显示被测信号频率。

可以测的方波的频率，通过放大正行处理，它可还以测量正弦波、三角波和尖脉冲信号的频率。

所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的脉冲个数。

若在一定时间间隔T内测得周期信号的脉冲个数N，则其频率为f=N/T，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，则门控电路的输出信号也就是闸门信号持续时间也会等于1s。

闸门电路由闸门信号进行控制当闸门号到来时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门被送到计数器译码显示电路。

闸门信号结束时，闸门关闭，计数器得的脉冲数N是在1= N Hz。

秒时间内的累计数，所以被测频率fＸ1.设计原理由逻辑电路组成的频率计，大多是由中小规模的集成芯片按照逻辑原理组合而成，其结构复杂，组装、调试比较麻烦；但是我们所学的知识大部分是集成芯片，所以只用中小型规模的集成芯片组成的逻辑电路，有多个单元组成而成的简易数字频率计。

图2原理方框图测频法：又称为M法测量频率的原理框图如图2.测量频率共有4个档位。