海南省大学生电子设计
竞赛设计报告
Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
海南省大学生电子设计竞赛设计报告
题目：数字频率计
学校：琼州学院
参赛队员：董晋玮程宇葛帅强
指导老师：
2012年11月
目录
摘要
关键词
设计要求
第一章：数字频率计测频的基本原理
第二章：基本单元电路设计
放大整形电路设计与仿真
时基电路
闸门电路
逻辑控制电路设计
锁存及译码电路设计
整体电路图及仿真
整机元件清单
第三章：系统组装、调试及结果
第四章：课程设计总结
致谢
参考文献
数字频率计
（琼州学院 电子信息工程学院，海南三亚 572022）
摘要：数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，其功能是测量正弦信号，方波信号，尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此已经成为电路设计的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在电子技术中，频率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,其中数字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。其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐述了设计了一个简单的数字频率计的过程。
关键词：数字频率计
设计要求
设计任务及要求：
设计一简易数字式频率计，其设计要求及技术指标是：
1．基本要求：
（1）被测信号为矩形脉冲信号，0~4V ； （2）显示的频率范围为0000~9999Hz ； （3）测量精度为1Hz ；
（4）用LED 数码管显示频率数值。 2．扩展部分：
（1）输入信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV ； （2）显示的频率范围为0~10MHz ； （3）自动量程切换；
（4）如何提高测量的精度。
频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量的角度看，即在标准时间内，测得的被测信号的脉冲数。其测量的频率的方框图如下图所示。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的Ａ输入端，门控双稳输出的门控信号，加到主门的Ｂ输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ｔ秒，计数器累积的数字为Ｎ，则被测的频率为T
N f
x 。 元器件清单： NE555×1片 74LS123×2片 74LS90×4片 74LS273×2片 74LS48×4片
BS202×4个（共阴LED 数码管） 74LS00×2片
三极管9014×1只 二极管1N4007×1只
电阻：10k Ω×3，47k Ω×2，39k Ω×2，1k Ω×1，Ω×1，680Ω×28 电位器：50k Ω×1，100k Ω×1 瓷介电容：μF ×1
电解电容：47μF×1，μF×2，100μF×1，10μF×1
按钮开关×1
第一章数字频率计测评的基本原理
频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。它可以测量正弦波、方波、三角波的频率。利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。频率是指单位时间(1s)内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的A输入端，门控双稳输出的门控信号加到主门的B输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。
如果主门的开启时间为T s，计数器累积的数字为N，则被测的频率为
频率测量原理
设计框图如下：
频率计总体框图
第二章：基本单元电路设计
放大整形电路设计与仿真
放大整形电路
本部分电路由三极管放大电路和门电路组成。作用是将正弦波或三角波输入信号整形成同频率方波，测试信号通过通过三极管放大电路进行放大，使微弱信号到达可测量的幅度。经过放大整形后的方波送到闸门以便计数。
放大整形电路
整形放大电路的设计仿真
用于非矩形波信号频率的测量。通过频率放大电路后，非矩形波可转化为矩形波，且其频率保持不变，即达到了测量任意波形信号频率的测量的扩展目的。
仿真原理图：
整形放大电路的仿真
时基电路
时基电路
本部分电路由555芯片组成，作用是提供用于测量单位时间(1s)，即闸门信号的开启时间。同时产生的方波信号下降沿激发锁存器的锁存信号，再由该信号激发计数器的计数信号。
时基电路
时基电路的仿真
采用555多谢振荡电路，输出方波周期为：T=×（R P+R1+2R2）C;
可调电阻R P=0—100KΩ，输出方波的周期T=—，占空比D==%—%
仿真原理图：
555多谐震荡电路的仿真
仿真结果：
555多谐震荡电路的仿真波形
闸门电路
本部分电路由与门组成，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。
