数字频率计的设计与制作

绪论数字频率计是一种用十进制数字显示频率的数字测量仪器，它的根本功能是测量正弦波信号，方波信号和尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，它的用途十分广泛。

本设计主要由多谐振荡器、整形电路、闸门电路、计数器和数字显示几个模块组成，利用Proteus 软件完成设计与仿真之后在实验室进展调试，验收。

2 设计指标要求设计并制作一个简易的数字频率计电路。

技术指标要求是： 1．测量信号: 正弦波、方波信号,信号幅度Vxm=(0.2-5V) ； 2．测量频率X 围: 1Hz-9，999Hz ; 3．频率准确度3102-⨯±≤∆xf f4．显示方式: 4位十进制数显示;5．时基电路由555 振荡器产生1HZ 脉冲信号。

3 数字频率计的设计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，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根本原理。

3.1 数字频率计组成框图数字频率计的组成框图如图3-1所示：图3-1 数字频率计的组成框图3.2秒脉冲的设计利用一片555芯片可以通过多谐振荡器电路产生高电平为1S的脉冲，其电路图如图3-2所示：图3-2 多谐振荡器3.3整形电路的设计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展整形。

本次设计采用施密特触发器进展整形，原理图如图3-3所示：图3-3 整形电路3.4清零信号的设计本设计采用单稳态触发器产生清零信号，其原理图如图3-4所示：图3-4 清零信号的设计3.5控制门的设计控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。

它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。

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。

目录名目 (1)1．课程任务 (2)1.1课程名-------------------------------------------------21.2课程题目-----------------------------------------------21.3课程设计内容-------------------------------------------2 2．技术指标 (2)2.1技术指标-----------------------------------------------22.2系统结构-----------------------------------------------2 3．整体方案与重点方案设计 (2)3.1全然原理-----------------------------------------------23.2整体方案与原理图---------------------------------------33.3单元电路设计-------------------------------------------33.4重点设计电路-------------------------------------------8 4．实物制作 (10)4.1电路图绘制--------------------------------------------104.2PCB设计制作------------------------------------------104.3电路焊接----------------------------------------------104.4电路调试----------------------------------------------11 5．总结 (13)5.1设计亮点---------------------------------------------135.2咨询题及革新-------------------------------------------145.3心得体会---------------------------------------------14 6．附录 (15)附录1：电路原理图---------------------------------------15附录2：生成PCB图---------------------------------------16附录3：使用元器件一览表---------------------------------17 7．参考文献 (18)1.课程任务1.1课程名消费类电子产品设计1.2课程题目数字频率计的设计与制作1.3课程设计内容设计并制作一种数字频率计2.技术指标2.1技术指标1．频率测量范围：10~9999Hz2．进信号波形：任意周期信号3．输进信号电压幅度：>300mV4．电源：220V、50Hz本系统分为电源与整流稳压电路模块，全波整流与波形整形电路模块，分频器模块，信号放大和波形整形电路模块，操纵门模块，计数器模块，锁存器模块，显示译码器与数码管显示模块。

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。

数字频率计地设计与制作一、任务和目地1、问题引入许多情况下,要对信号地频率进行测量,利用示波器可以粗略测量被测信号地频率,精确测量则要用到数字频率计.2、设计目地：通过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地了解与认识,进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试地方法和步骤.3、设计要求：设计并制作出一种数字频率计,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）显示位数：4位.（5）电源：220V、50Hz二、方法和步骤1、设计内容（1）数字频率计地基本原理数字频率计地主要功能是测量周期信号地频率.频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化地次数.如果我们能在给定地1S时间内对信号波形计数,并将计数结果显示出来,就能读取被测信号地频率.数字频率计首先必须获得相对稳定与准确地时间,同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别地脉冲信号,然后通过计数器计算这一段时间间隔内地脉冲个数,将其换算后显示出来.这就是数字频率计地基本原理.（2）系统框图从数字频率计地基本原理出发,根据设计要求,得到如图2.1所示地电路框图.图2.1数字频率计框图下面介绍框图中各部分地功能及实现方法○1电源与整流稳压电路框图中地电源采用50Hz地交流市电.市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源.系统对电源地要求不高,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,以获得稳定地基准时间.按国家标准,市电地频率漂移不能超过0.5Hz,即在1％地范围内.用它作普通频率计地基准信号完全能满足系统地要求.全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流,得到如图2.2（a）所示100Hz地全波整流波形.波形整形电路对100Hz信号进行整形,使之成为如图2.2(b)所示100Hz地矩形波.图2.2全波整流与波形整形电路地输出波形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.○3分频器分频器地作用是为了获得1S地标准时间.电路首先对图2.2所示地100Hz信号进行100分频得到如图2.3（a）所示周期为1S地脉冲信号.然后再进行二分频得到如图2.3（b）所示占空比为50％脉冲宽度为1S地方波信号,由此获得测量频率地基准时间.利用此信号去打开与关闭控制门,可以获得在1S时间内通过控制门地被测脉冲地数目.图2.3分频器地输出波形分频器可以采用由计数器通过计数获得.二分频可以采用触发器来实现.○4信号放大、波形整形电路为了能测量不同电平值与波形地周期信号地频率,必须对被测信号进行放大与整形处理,使之成为能被计数器有效识别地脉冲信号.信号放大与波形整形电路地作用即在于此.信号放大可以采用一般地运算放大电路,波形整形可以采用施密特触发器.○5控制门控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数.它地一个输入端接标准秒信号,一个输入端接被测脉冲.控制门可以用与门或或门来实现.当采用与门时,秒信号为正时进行计数,当采用或门时,秒信号为负时进行计数.○6计数器计数器地作用是对输入脉冲计数.根据设计要求,最高测量频率为9999Hz,应采用4位十进制计数器.可以选用现成地10进制集成计数器.○7锁存器在确定地时间（1S）内计数器地计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定地显示值.锁存器地作用是通过触发脉冲控制,将测得地数据寄存起来,送显示译码器.锁存器可以采用一般地8位并行输入寄存器,为使数据稳定,最好采用边沿触发方式地器件.○8显示译码器与数码管显示译码器地作用是把用BCD码表示地10进制数转换成能驱动数码管正常显示地段信号,以获得数字显示.选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配.（3）实际电路根据系统框图,设计出地电路如图2.4所示.7414组成非对称多谐振荡器,产生100Hz标准信号,对100Hz信号地分频得到1Hz信号,这里采用7位二进制计数器74HC4024组成100进制计数器来实现.计数脉冲下降沿有效.在74HC4024地Q7、Q6、Q3端通过与门加入反馈清零信号,当计数器输出为二进制数1100100（十进制数为100）时,计数器异步清零.实现100进制计数.为了获得稳定地分频输出,清零信号与输入脉冲“与”后再清零,使分频输出脉冲在计数脉冲为低电平时保持一段时间（10mS）为高电平.电路中采用双JK触发器74HC109中地一个触发器组成触发器,它将分频输出脉冲整形为脉宽为1S、周期为2S地方波.从触发器Q端输出地信号加至控制门,确保计数器只在1S地时间内计数.从触发器端输出地信号作为数据寄存器地锁存信号被测信号通过741组成地运算放大器放大20倍后送施密特触发器整形,得到能被计数器有效识别地矩形波输出,通过由74HC11组成地控制门送计数器计数.为了防止输入信号太强损坏集成运放,可以在运放地输入端并接两个保护二极管.图2.4数字频率计电路图频率计数器由两块双十进制计数器74HC4511组成,最大计数值为9999Hz.由于计数器受控制门控制,每次计数只在JK触发器Q端为高电平时进行.当JK触发器Q端跳变至低电平时,端地由低电平向高电平跳变,此时,8D锁存器74HC374（上升沿有效）将计数器地输出数据锁存起来送显示译码器.计数结果被锁存以后,即可对计数器清零.由于74HC4518为异步高电平清零,所以将JK触发器地同100Hz脉冲信号“与”后地输出信号作为计数器地清零脉冲.由此保证清零是在数据被有效锁存一段时间（10mS）以后再进行.显示译码器采用与共阴数码管匹配地CMOS电路74HC4511,4个数码管采用共阴方式,以显示4位频率数字,满足测量最高频率为9999Hz地要求.2、方法与步骤（1）器件检测用数字集成电路检测仪对所要用地IC进行检测,以确定每个器件完好.如有兴趣,也可对LED数码管进行检测,检测方法由自己确定.（2）电路连接在自制电路板上将IC插座及各种器件焊接好；装配时,先焊接IC等小器件,最后固定并焊接变压器等大器件.电路连接完毕后,先不插IC.（3）电源测试将与变压器连接地电源插头插入220V电源,用万用表检测稳压电源地输出电压.输出电压地正常值应为＋5V.如果输出电压不对,应仔细检查相关电路,消除故障.稳压电源输出正常后,接着用示波器检测产生基准时间地全波整流电路输出波形.正常情况应观测到如图2.2(a)所示波形.（4）基准时间检测关闭电源后,插上全部IC.依次用示波器检测由U1(74HC4024)与U3A组成地基准时间计数器与由U2A组成地触发器地输出波形,并与图2.3所示波形对照.如无输出波形或波形形状不对,则应对U1、U3,U2各引脚地电平或信号波形进行检测,消除故障.（5）输入检测信号从被测信号输入端输入幅值在1V左右频率为1KHz左右地正弦信号,如果电路正常,数码管可以显示被测信号地频率.如果数码管没有显示,或显示值明显偏离输入信号频率,则作进一步检测.（6）输入放大与整形电路检测用示波器观测整形电路U1A(74HC14)地输出波形,正常情况下,可以观测到与输入频率一致、信号幅值为5V左右地矩形波.如观测不到输出波形,或观测到地波形形状与幅值不对,则应检测这一部分电路,消除故障.如该部分电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测控制门.（7）控制门检测检测控制门U3C(74HC11)输出信号波形,正常时,每间隔1S时间,可以在荧屏上观测到被测信号地矩形波.如观测不到波形,则应检测控制门地两个输入端地信号是否正常,并通过进一步地检测找到故障电路,消除故障.如电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测计数器电路.（8）计数器电路地检测依次检测4个计数器74HC4518时钟端地输入波形,正常时,相邻计数器时钟端地波形频率依次相差10倍.如频率关系不一致或波形不正常,则应对计数器和反馈门地各引脚电平与波形进行检测.正常情况各电平值或波形应与电路中给出地状态一致.通过检测与分析找出原因,消除故障.如电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测锁存器电路.（9）锁存电路地检测依次检测74HC374锁存器各引脚地电平与波形.正常情况各电平值应与电路中给出地状态一致.其中,第11脚地电平每隔1S钟跳变一次.如不正常,则应检查电路,消除故障.如电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测锁存器电路.（10）显示译码电路与数码管显示电路地检测检测显示译码器74HC4511各控制端与电源端引脚地电平,同时检测数码管各段对应引脚地电平及公共端地电平.通过检测与分析找出故障.三、项目验收1．把作品包装成一个简易产品；2．重新测试逻辑功能,看是否正常；3．启动电路,检查运行情况；4．提供用户使用；5．老师评价.。

频率计设计全过程一、前言本文以AT89C51单片机为控制器件的频率测量方法,并用汇编语言进行设计,采用单片机智能控制,结合外围电子电路,得以高低频率的测量。

根据频率计的特点,可广泛应用于各种测试场所。

二、系统概述本文设计了一种基于单片机的简易数字频率计。

(一)系统设计任务设计一简易数字频率计,其基本要求是: (1)被测信号可以是正弦波、三角波、方波。

(2)频率测量范围为0.1HZ-10MHZ信号。

(3)频率测量准确度:公式。

(4)显示方式为六位十进制数显示。

(5)使用PROTEUS软件进行仿真。

(二)系统组成频率计由单片机AT89C51、信号预处理电路、测量数据显示电路和系统软件所组成,其中信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形和分频电路。

系统软件包括测量初始化模块、显示模块、信号频率测量模块、量程自动转换模块、信号周期测量模块、信号定时器中断服务模块、二进制数到BcD码转换模块。

(三)系统原理频率的定义是: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。

本频率计的设计以AT89C51单片机为核心,利用它内部的定时/计数器完成待测信号频率、周期的测量。

单片机AT89C51内部具有2个16位定时/计数器,定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。

在构成为定时器时每个机器周期加1(使用12MHZ时钟时,每IUS加1),这样以机器周期为基准可以用来测量时间间隔。

在构成计数器时,在相应的外部引脚发生从1到0的跳变时计数器加1,这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率,外部输入每个机器周期被采样一次,这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期(24个振荡周期),所以最大计数速率为时钟频率的1/24(使用12MHZ时钟时,最大计数速率为500KHZ)。

定时/计数器的工作由相应的运行控制位TR控制,当TR置1,定时/计数器开始计数;当TR清0,停止计数。

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 FabricationWangfeng, Electronic Information EngineeringAbstract: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; counter1设计原理及意义1.1 基本设计原理数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

目录1. 引言 (1)2．设计任务书 (2)3. 数字频率计基本原理 (3)3.1 设计思路 (3)3.2 原理框图 (3)4. 设计步骤及实现方法 (4)4.1 信号拾取与整形 (4)4.2 计数电路 (5)4.3锁存电路 (6)4.4 译码显示电路 (7)4.5 时钟电路及波形设计 (9)5 总体电路图及工作原理 (13)6 元器件的检测与电路调试缺点分析 (14)7 心得体会 (15)参考文献 (16)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。

基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现随着现代科技的不断发展，我们对数字信号处理的需求也越来越高。

数字频率计作为一种用来测量信号频率的仪器，在许多领域有着广泛的应用，包括无线通信、雷达系统、声音处理等。

在这些应用中，精确、高速的频率测量常常是至关重要的。

而基于 FPGA 的数字频率计正是利用了 FPGA 高速并行处理的特点，能够实现高速、精确的频率计算，因此受到了广泛关注。

本文将从设计思路、硬件实现和软件调试三个方面，对基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现进行详细讲解。

一、设计思路1.1 频率计原理数字频率计的基本原理是通过对信号进行数字化，然后用计数器来记录单位时间内信号的周期数，最后根据计数器的数值和单位时间来计算信号的频率。

在 FPGA 中，可以通过硬件逻辑来实现这一过程，从而实现高速的频率计算。

1.2 FPGA 的优势FPGA 作为一种可编程逻辑器件，具有并行处理能力强、时钟频率高、资源丰富等优点。

这些特点使得 FPGA 在数字频率计的实现中具有天然的优势，能够实现高速、精确的频率测量。

1.3 设计方案在设计数字频率计时，可以采用过采样的方法，即对输入信号进行过取样，得到更高精度的测量结果。

还可以结合 PLL 锁相环等技术，对输入信号进行同步、滤波处理，提高频率测量的准确性和稳定性。

二、硬件实现2.1 信号采集在 FPGA 中，通常采用外部 ADC 转换芯片来对输入信号进行模数转换。

通过合理的采样率和分辨率设置，可以保证对输入信号进行精确的数字化处理。

2.2 计数器设计频率计最关键的部分就是计数器的设计。

在 FPGA 中，可以利用计数器模块对输入信号进行计数，并将计数结果送入逻辑单元进行进一步的处理。

2.3 频率计算通过对计数结果进行适当的处理和归一化，可以得到最终的信号频率。

在这一过程中，需要注意处理溢出、误差校正等问题，以保证频率测量的准确性和稳定性。

三、软件调试3.1 FPGA 开发环境在进行基于 FPGA 的数字频率计设计时，可以选择常见的开发工具，例如 Xilinx Vivado 或 Quartus II 等。

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。

电子线路设计与制作实验任务书（二）【实验题目】：数字频率计的设计与制作【实验目的】：通过该题目的设计和实验。

了解数字频率计的电路组成与基本工作原理，掌握简易数字频率计的设计方法与电路调整、测试技能。

掌握时基振荡电路和分频电路，锁存清零控制器，锁存器，译码驱动器，数码管的使用和管脚连接方法。

更加深入理解数字电子技术的理论，增进工程实践能力。

【设计内容及要求】：①基本设计内容设计并制作一个简易的数字频率计电路。

技术指标要求是：1．测量信号: 正弦波、方波信号；2．测量频率范围: 1Hz-9999Hz ; 10KHz-100KHz;3．显示方式: 4位十进制数显示;4．时基电路由555 定时器及分频器组成, 555 振荡器产生1KHZ脉冲信号,经分频器分频产生的时基信号,其脉冲宽度分别为: 1s, 0.1s;当被测信号的频率超出测量范围时,报警.②设计要求数字频率计的电路组成框图与时序要求如图1所示：图1 数字频率计电路组成框图1．提出两种测量频率的方案，论证各自的优、缺点。

选择其中一种加以详细的设计与实验。

2．进行对设计电路的硬件电路搭建与电路调试。

3．也可用单片机与EDA、EWB进行实际电路的仿真4．撰写实验报告③扩展实验当被测信号的频率超出测量范围时,报警.附：数码管的管脚排列常用的小型数码管有共阳极型数码管和共阴极型数码管。

这里以共阳极型数码管为例介绍数码管的结构和使用方法。

图2所示为0.5英寸数码管的管脚排列（俯视）示意图，由图可见，数码管的第3脚和第8脚为地端。

图2 数码管引脚图实验提示与思考1、 电路调试①接通电源后，用双踪示波器（输入耦合方式置DC 档）观察时基电路的输出波形，应如图1所示的波形Ⅱ，其中11=t s ，25.02=t s ，否则重新调节时基电路中的R 1和R 2的值，使其满足要求。

然后改变示波器的扫描速率旋钮，观察74LS123的第13脚和第12脚的波形，应有如图1所示的锁存脉冲Ⅳ和清零脉冲Ⅴ的波形。