频率计设计

频率计的设计内容介绍：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、调试的过程中，经常要用到频率计。

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

一、设计内容及技术指标设计内容：设计用四只数码管显示结果的数字频率计。

技术指标：1、测量信号：正弦波、方波、三角波2、被测量信号频率范围：1HZ—9999HZ3、显示方式：4位十进制数显示4、时基电路由555定时器组成多谐振荡器产生的时基信号，其脉冲宽度分别为：正脉冲 1S，负脉冲0.25S二、电路原理及框图数字频率计测频率的基本原理：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 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 (1)图1（a）是数字频率计的组成框图。

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，其高电平持续时间t1=1s，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fx=NHz。

逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。

各信号之间的时序关系如图1（b）所示。

I所谓频率，就是周期性信号的在单位时间（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：T N f = （2.2.1）上图是数字频率计的结构框图。

被测信号X V 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x f 相同。

时基电路提供标准时间基准信号II ，其高电平持续的时间s t 11=,当s 1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s 1信号结束时闸门关闭，停止计数。

南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型:□验证□综合▉设计□创新实验日期：12.14__ 实验成绩：实验五数字频率计的设计一、实验目的1.了解直接测频的方法和原理。

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17-1 所示的框图来实现。

图17-1 等精度测频实现框图本实验采用直接测频法进行频率测量。

闸门时间固定为1s，闸门信号是一个0.5Hz 的方波，在闸门有效（高电平）期间，对输入的脉冲进行计数，在闸门信号的下降沿时刻，所存当前的计数值，并且清零所有的频率计数器。

显示的内容是闸门下降沿时锁存的值。

因为闸门时间我们设定为 1s，所以这种频率计仅能测出频率大于或者等于 1Hz 的情况，且频率越高，精度也越高。

实际应用中，频率计的闸门时间是个可变量，当频率小于 1Hz时，闸门时间就要适当放大。

采用一个标准的时钟，在单位时间内如：0.1秒对被测信号的脉冲进行计数，即为信号的频率。

在设计频率计的时候，八个七段码管最多可以显示99,999,999Hz，因此在设计时候用八个4位二进制码（BCD 码）来表示，另外还必须有同样的八个4位二进制码来对输入的频率进行计数，在闸门下降沿的时候，将后者的值锁存到寄存器中。

简易频率计设计课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习简易频率计的设计与实现，让学生掌握基础的电子电路知识，频率测量原理以及相关的实验技能。

在知识目标上，要求学生能够理解并描述频率计的工作原理，掌握基本的电路设计方法。

在技能目标上，要求学生能够独立完成简易频率计的搭建，并进行相关实验。

在情感态度价值观目标上，通过课程的学习，使学生培养对科学研究的兴趣，增强解决实际问题的能力，并培养团队协作的精神。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：首先，介绍频率计的基本原理，包括频率测量原理，频率计的组成结构等；其次，讲解频率计的设计方法，包括电路设计，元件选型，系统调试等；然后，通过实验操作，使学生能够熟练使用简易频率计，掌握相关的实验技能；最后，进行课程设计，使学生能够将所学的知识运用到实际问题中，提高解决实际问题的能力。

三、教学方法为了达到本课程的教学目标，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。

首先，将采用讲授法，为学生讲解频率计的基本原理和设计方法；其次，将采用实验法，让学生通过实际操作，掌握频率计的使用方法和实验技能；同时，将采用讨论法，引导学生进行思考，提出问题，并寻找解决问题的方法；最后，将采用案例分析法，让学生通过分析实际案例，将所学的知识运用到实际问题中。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，将准备多种教学资源。

首先，将使用教材《简易频率计设计与实现》作为主要的教学资源；其次，将提供相关的参考书籍，供学生进行深入的学习；同时，将利用多媒体资料，如教学视频，实验操作演示等，丰富学生的学习体验；最后，将准备实验设备，如简易频率计，电子元件等，供学生进行实验操作。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试三个部分。

平时表现主要评估学生的课堂参与度、提问回答和团队协作等情况，占总分的30%。

作业主要评估学生的理解和应用能力，占总分的30%。

考试主要评估学生对课程知识的掌握和运用能力，占总分的40%。

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。

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。

基于单片机的频率计的设计一、频率计的基本原理频率是指单位时间内信号周期性变化的次数。

频率计的基本原理就是在一定的时间间隔内对输入信号的脉冲个数进行计数，从而得到信号的频率。

常用的测量方法有直接测频法和间接测频法。

直接测频法是在给定的闸门时间内测量输入信号的脉冲个数，计算公式为：频率＝脉冲个数／闸门时间。

这种方法适用于测量高频信号，但测量精度会受到闸门时间和计数误差的影响。

间接测频法是先测量信号的周期，然后通过倒数计算出频率。

其适用于测量低频信号，但测量速度较慢。

在实际设计中，通常会根据测量信号的频率范围选择合适的测量方法，或者结合两种方法来提高测量精度和范围。

二、系统硬件设计1、单片机选型在基于单片机的频率计设计中，单片机是核心控制部件。

常用的单片机有 51 系列、STM32 系列等。

选择单片机时需要考虑其性能、资源、价格等因素。

例如，对于测量精度和速度要求不高的应用，可以选择51 单片机；而对于复杂的系统，可能需要选择性能更强的 STM32 单片机。

2、信号输入电路为了将输入信号接入单片机，需要设计合适的信号输入电路。

一般需要对输入信号进行放大、整形等处理，使其成为标准的脉冲信号。

常见的整形电路可以使用施密特触发器来实现。

3、显示电路频率计的测量结果需要通过显示电路进行显示。

常用的显示器件有液晶显示屏（LCD）和数码管。

LCD 显示效果好，但驱动较为复杂；数码管显示简单直观，驱动相对容易。

4、时钟电路单片机需要一个稳定的时钟信号来保证其正常工作。

时钟电路可以采用外部晶振或内部振荡器，根据系统的精度和稳定性要求进行选择。

5、复位电路为了确保单片机在系统启动时能够正常初始化，需要设计复位电路。

复位电路可以采用上电复位和手动复位两种方式。

三、系统软件设计1、主程序流程系统启动后，首先进行初始化操作，包括设置单片机的工作模式、初始化显示、设置定时器等。

然后进入测量循环，等待输入信号，在给定的闸门时间内进行计数，并计算频率，最后将结果显示出来。

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。

韶关学院频率计课程设计一、教学目标本课程旨在通过频率计的教学，使学生掌握频率计的基本原理、结构和应用，培养学生运用频率计解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解频率计的定义、分类和基本原理。

（2）掌握频率计的结构和主要组成部分。

（3）熟悉频率计在不同领域的应用。

2.技能目标：（1）能够分析频率计的基本电路和工作原理。

（2）具备频率计的操作能力和故障排查能力。

（3）能够运用频率计解决实际工程问题。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对频率计技术的兴趣和好奇心。

（2）树立学生对频率计技术的自信心，培养学生的创新意识。

（3）培养学生团结协作、积极进取的精神风貌。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.频率计的基本原理：介绍频率计的定义、分类和基本原理，使学生了解频率计的工作机制。

2.频率计的结构与组成：详细讲解频率计的结构和主要组成部分，包括振荡器、分频器、计数器等。

3.频率计的应用：介绍频率计在通信、电子测量、控制系统等领域的应用，展示频率计在实际工程中的重要性。

4.频率计的操作与维护：教授频率计的操作方法和注意事项，培养学生具备频率计的基本操作能力。

5.频率计故障排查与维修：讲解频率计常见故障的排查方法和维修技巧，提高学生解决实际问题的能力。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解频率计的基本原理、结构和应用，使学生掌握相关知识。

2.案例分析法：分析实际工程中的频率计应用案例，帮助学生更好地理解频率计的工作原理和应用价值。

3.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手操作频率计，培养学生的实际操作能力。

4.讨论法：学生进行课堂讨论，分享学习心得和经验，提高学生的沟通能力和团队合作精神。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的频率计教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。

频率计课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 理解频率计的基本概念，掌握频率计的使用方法。

2. 学会运用频率计进行简单的数据收集、统计和分析。

3. 掌握频率分布表的制作方法，并能运用其进行数据处理。

技能目标：1. 能够正确操作频率计，进行实际数据的收集。

2. 培养学生运用频率分布表进行数据处理的能力，提高数据分析技能。

3. 培养学生的观察能力、动手能力和团队合作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对数据科学的兴趣，激发学生探索科学规律的欲望。

2. 培养学生严谨、细致的科学态度，养成认真观察、记录数据的良好习惯。

3. 增强学生的团队协作意识，培养学生在团队合作中互相尊重、共同进步的精神。

课程性质分析：本课程为初中物理与数学相结合的实践课程，通过实际操作频率计，让学生在实践中学习数据收集、统计和分析的方法。

学生特点分析：初中生好奇心强，动手能力强，但注意力容易分散，需要通过实际操作和有趣的教学活动来激发学习兴趣。

教学要求：1. 教师应注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中掌握知识。

2. 教学过程中要关注学生的个体差异，给予每个学生充分的指导和鼓励。

3. 创设有趣的教学情境，激发学生的学习兴趣，提高课堂参与度。

二、教学内容1. 频率计基础知识：介绍频率计的定义、原理和功能，使学生理解频率计在数据收集与分析中的应用。

- 教材章节：第三章第二节《数据的收集与处理》2. 频率计的操作方法：讲解频率计的正确使用步骤，指导学生进行实际操作。

- 教材章节：第三章第三节《频率计的使用》3. 数据收集与统计：指导学生运用频率计进行实际数据收集，学会制作频率分布表。

- 教材章节：第三章第四节《数据的整理与表示》4. 数据分析与应用：通过对收集到的数据进行分析，引导学生发现数据背后的规律。

- 教材章节：第三章第五节《数据分析与应用》教学安排与进度：第一课时：频率计基础知识学习，了解频率计的原理和功能。

第二课时：学习频率计的操作方法，并进行实际操作练习。