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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。
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。
引言近年来, 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.在电子系统非常广泛应用领域内, 到处可见到解决离散信息的数字电路。
供消费用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术。
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。
数字集成电路具有结构简朴（如其中的晶体管是工作于饱和与截止2种状态, 一般不设偏置电流）和同类型电路单元多（如一个计数系统需要很多同类型的触发器和门电路）的特点, 因而容易是高集成度和归一化。
由于数字集成电路与电子计算机的发展紧密相关, 因而发展不久, 目前已是集成电路中产量最高、集成度最大的一种器件。
集成电路的类型很多, 从大的方面可分为模拟和数字集成电路两大类。
虽然它们都可模拟具体的物理过程, 但其工作方式有着很大的不同。
甚至也许完全不同。
电路中的工作信号通常是用电脉冲表达的数字信号。
这种工作方式的信号, 可以表达2种截然不同的现象。
如以有脉冲表达“1”, 无脉冲便表达“0”；以“1”表达“真”, 则“0”便表达“假”, 等等。
反之亦然。
这就是“数字信号”的含义。
所以, “数字量”不是连续变化的量, 其大小往往并不改变, 但在时间分布上却有着严格的规定, 这是数字电路的一个特点。
数字式频率计基于时间或频率的A/D转换原理, 并依赖于数字电路技术发展起来的一种新型的数字测量仪器。
由于数字电路的飞速发展, 所以, 数字频率计的发展也不久。
通常能对频率和时间两种以上的功能数字化测量仪器, 称为数字式频率计(通用计数器或数字式技术器)。
在电子测量技术中, 频率是一个最基本的参量, 对适应晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量, 广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域。
课程设计 数字频率计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数字频率计的基本原理，掌握其电路组成和工作方式。
2. 学生能运用数学知识，计算出数字频率计的测量范围，并解释相关计算公式。
3. 学生能运用物理知识，解释数字频率计测量频率时的误差来源。
技能目标：1. 学生能够独立完成数字频率计的搭建，并进行简单的调试和测量。
2. 学生能够运用所学知识，解决实际测量中遇到的问题，提高动手操作能力和问题解决能力。
3. 学生能够通过小组合作，进行数字频率计的优化设计和创新改进。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到数字频率计在实际应用中的重要性，激发对电子技术的学习兴趣。
2. 学生通过动手实践，培养团队协作意识，增强克服困难的信心和勇气。
3. 学生能够养成严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和实验过程的完整性。
课程性质：本课程属于电子技术实践课程，以项目式教学为主，结合理论教学和动手实践。
学生特点：学生处于八年级，具有一定的数学、物理基础和动手能力，对电子技术有一定的好奇心和兴趣。
教学要求：注重理论与实践相结合，引导学生主动探究，培养创新意识和实践能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保每个学生都能在课程中收获成果。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活和未来学习。
二、教学内容1. 数字频率计基本原理：介绍频率计的作用，原理及其在电子测量中的应用，对应教材第3章第2节。
- 电路组成和工作方式- 频率测量方法及误差来源2. 数字频率计电路分析与搭建：分析数字频率计的电路结构，进行实际操作搭建，对应教材第3章第3节。
- 电路元件的识别与选用- 电路搭建步骤及注意事项3. 数字频率计的测量与调试：学习测量原理，进行实际测量和调试，对应教材第3章第4节。
- 测量范围计算与公式解释- 调试方法及技巧4. 数字频率计的优化与创新：针对现有频率计进行优化设计和创新改进，对应教材第3章第5节。
- 小组合作，讨论设计方案- 创新改进，提高测量精度和稳定性教学大纲安排：第1课时：数字频率计基本原理学习第2课时：数字频率计电路分析与搭建第3课时：数字频率计的测量与调试第4课时：数字频率计的优化与创新设计教学内容进度：第1-2周：学习基本原理，进行电路分析与搭建第3周：进行测量与调试，总结问题与经验第4周：优化设计与创新改进，展示成果与评价反思三、教学方法1. 讲授法：教师通过生动的语言和形象的表达，讲解数字频率计的基本原理、电路组成和测量方法，使学生系统地掌握理论知识，对应教材第3章第2-3节。
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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。
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，因此在此次设计中以555定时器为主设计一个多谐振荡器，用来产生一个相对准确的能产生1s脉宽的时基信号.同时将被测信号如正弦波、三角波、方波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1s的时间间隔内被测量的信号产生的脉冲个数，然后再经过锁存器将计数器所计的数锁存起来,最后在经过译码器把锁存器锁存的二进制数译码，将其换算后通过数码管显示出来，这就是此次数字频率计设计的基本原理。
1.2 课题意义1.通过设计数字频率计巩固数字逻辑电路知识。
3.熟悉基准时间产生电路的基本工作原理。
4。
熟悉计数器、译码器、七段数码管的功能及应用。
5。
对仿真设计过程有一个基本了解熟悉仿真软件的使用。
6.提高实际设计能力,使工程能力得到实际锻炼。
2 设计思路按照图2所示的逻辑图所示.首先,我们要获得一个标准的固定宽度1秒的方波脉冲做门控制信号.其次，要把这个标准的信号和被测信号相“与”，通过门控制信号可以获得1秒钟内通过脉冲的个数，此脉冲直接进入计数器进行计数，然后通过译码显示其频率.最后，要设计的是对计数器和锁存器的控制，这个的基本思路是在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启，计数器开始计数，在同一脉冲的下降沿到来时，闸门关闭，计数器停止计数.同时,锁存器产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁存,并把锁存结果输送到译码器来控制数码管，这样就可以得到被测信号的数字显示的频率.所以综合上面所说的可以将数字频率计的电路分为四大部分即：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可以控制的计数、锁存、译码、显示电路。
设计框图如图1所示.在数字电路中，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.因此，它是一种测量范围较广的通用型数字仪器。
本次课题就是用来研究简单的计数式数字频率计的设计。
图1 设计框图图2 逻辑图3 主要芯片介绍3。
1 555定时器555定时器内部结构的简化原理图如图3所示。
它由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器A1和A2、基本RS触发器、集电极开路的放电三极管T组成。
定时器的主要功能取决于比较器,比较器的输出控制RS触发器和放电三极管T的状态。
图闸门电路被测信号计数器锁存器译码器显示器时基电路逻辑控制电路图3 555电路结构图555清零端DR高触发端TH低触发端TL1Q+n放电管T功能0⨯⨯0导通直接清零1CCV32>CCV31>0导通置01CCV32<CCV31<1截止置11CCV32<CCV31>nQ不变保持图4 555功能表3.2 芯片74LS9074LS90为中规模TTL集成计数器,可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。
其引脚排列图和功能表如下所示:图5 74LS90引脚图图6 74LS90功能表3。
3 芯片74LS27374LS273是8位数据/地址锁存器，他是一种带清除功能的8D触发器。
1脚是复位CLR,低电平有效，当1脚是低电平时，输出脚2(Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9(Q3)、12（Q4）、15(Q5）、16(Q6)、19（Q7)全部输出0,即全部复位；当1脚为高电平时，11（CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存，当11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5（Q1)、6(Q2）、9(Q3）、12(Q4）、15（Q5)、16(Q6)、19(Q7）上。
管脚图和功能图如下图7所示。
D1～8D为数据输入端,Q1～Q8为数据输出端，正脉冲触发,低电平清除，常用作8位地址锁存器。
图7 74LS273管脚图和功能表3.4 芯片74LS48在本次设计中使用译码器74LS48将74LS273锁存的二进制数值进行译码，用来驱动七段数码管显示。
它的管脚图如下图所示.图8 74LS48引脚图4 电路设计4。
1 闸门电路闸门电路由与非门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端被测信号，另一端接控制信号。
闸门是否开通受门控信号的控制,当门控信号为高电平时,闸门开启；而当门控信号为低电平时，闸门关闭。
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.图9 闸门电路4。
2 时基电路时基电路是通过555定时器、电阻、电容组成的多谐震荡器实现,两个暂态时间分别为：C )R R 0.7(R T 651⋅++= C 0.7R T 62⋅=重复周期为21T T T +=。
构成电路如图4所示。
其作用是控制计数器的输入脉冲.当标准时间信号到来时，闸门打开，被测信号通过闸门进入计数器开始计数;当标准时间脉冲下降沿到来时,闸门关闭，计数器无脉冲输入停止计数.频率计算公式:))2((43.1651C R R R f ++=，而我们要得到脉宽1s 的脉冲则又由公式C )R R 0.7(R T 651⋅++=；C 0.7R T 62⋅=重复周期为21T T T += ，其中T1 为脉冲宽度且为了使T2 的值小一些。
因此我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1 取47K 欧姆,R5取100K 欧姆,R6取36K 欧姆,电容取10uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。
得到的时基仿真图形如下图4所示，此时的脉冲宽度大概为1s ，而低电平时间也较短，即符合设计要求。
图10 时基信号波形图图10 时基电路4。
3 逻辑控制电路本设计采用74LS123组成逻辑控制电路，芯片的功能表如图6所示，构成的控制电路如图7所示.由时基电路产生的脉冲来一个下降沿时，74LS123将会产生一个高脉冲，让锁存器锁存住频率，同时激发下一个74LS123产生一个高脉冲，让计数器清零，直到时基电路的下一个上升沿到来才开始下一次计数.当被测信号通过闸门进入计数电路，于是计数器译码器同时工作，从而记下所测信号频率值。
当控制电路转为其他状态时，闸门关闭，计数器停止工作，数码管继续显示所测频率值。
直到有一次循环,计数器清零，数码管显示消失，到此为止，频率计完成一次测量。
