数字频率计设计与仿真
1 引言
在现代电子技术中，频率是基本的参数之一，并与许多电子参量的测量方案和测量结果有密切的关系。因此我们对于频率的认识显得就更为重要。频率的测量方法有很多，其中数字频率计具有测量精度高、使用方便和测量迅速等优势，是目前测量频率的主要手段。
Multisim 是以Windows 为基础的一种仿真工具，适合用于数字电路或者模拟电路的设计工作。它有直观的捕捉和强大的仿真功能，能够轻松，快速，高效对电路图进行设计和验证。
图1-1 频率计方框图
数字频率计是一种最基本的测量仪器，是通信设备、计算机应用、音频视频设备等等科研生产领域里不测或缺的测量设备之一，是一种用十进制数字显示被测信号的频率的数字的测量仪器，迄今为止已经有几十年的发展历史，频率计的基本功能是用来测量三角波信号、正弦波信号及方波信号等单位时间内变化的物理量。因而其实际运用范围是很广泛的。在早期，人们对于数字频率计的研究主要表现在扩大测量范围和提高精确度，而这些技术现在已日却成熟，现在人们对数字频率计又提出很多新的要求，例如价格低，操作方便，高精度，高稳定度甚至还包括数据处理和分析功能。较老的频率计是
输
主门
十进制计数器
显示器
主门触发器
十进制计数器
时基振荡器 输入放
大器
多芯片同步十进制技术，新型频率计要求芯片的数量要少，这样器件越少的话对于频率计的技术就会更准确，误差也会越小。一个基本的频率计的方框图如图1-1所示。
而本课题涉及的主要内容是对输入信号的整形，闸门电路控制输入信号，以及对脉冲的计数，锁存和译码，通过该项设计可以将数字电路和模拟电路的理论知识运用到实际的设计中去，具有方便快捷，容易测量等特点。
2 选择测量方式
信号频率指的是信号在单位时间内周期信号变化的次数，其表达式可写为f=N/T ，其中f 指被测信号的频率，N 为信号所累计的脉冲的个数，T 是产生N 个脉冲所需要的时间参数。该表达式其所记录的结果就是被测信号的频率。如在1s 的时间内记录了100个脉冲，则该被测信号的频率就是100HZ 。
对于频率的测量方法大体可以分为两种：一种是直接测频法，就是在一定的测量时间内测量被测信号的脉冲个数，因此又可称为计数法。该方法是将被测信号经过脉冲形成电路以后加到闸门电路的一个输入端，只有在闸门被开通的T 秒时间内，被测信号的脉冲才被送到十进制计数器里进行计数。 如果在闸门打开的时间为T ，计数器在T 的时间内得到的计数数值为N 1，则被测信号的频率f= N 1/T ，如图2-1所示就是直接测频法的测量原理。
图 2-1 直接测频法测量原理
对于直接测频法，信号的频率越高，误差就越小；而信号的频率越低，测量误差反而越大。所以直接测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。
被测信号
计数值N 1
标准闸门
T
另一种是间接测频法，例如周期测频法。周期测量法是把被测信号用来控制闸门的开闭，将标准时基脉冲信号通过闸门电路加到计数器上，闸门电路在外来信号的一个周期内被打开，则计数器所得到的计数数值就是标准时基脉冲外信号的周期值，然后再求周期值的倒数，这样就可以得到所测信号频率值了。
首先将被测的信号通过二分频后，得到一个高电平时间内是一个信号周期为T 的方波信号；然后用另一个周期T 1的高频方波信号来作为计数脉冲信号，在一个信号周期为T 的时间内对周期为T 1信号进行计数，如图2-2所示为间接测频法的测量原理图。
图2-2 间接测频法的测量原理
如果在T 时间内的计数值为N 2,可以得到： T 2=N 2*T 1 ，f 2=1/T 2=1/(N 2*T 1)=f 1/N 2
由上述表达式可知：N 2绝对误差是N 2=N+1，N 2相对误差是δN2=(N 2-N)/N=1/N ，T 2相对误差是δT2=(T 2-T)/T=(N 2*T 1-T)/T=f/f 1。由T 2的相对误差可知，周期测量误差是与信号频率成正比的，但是却与高频的标准计数信号频率成反比例。当f 1是常数时，被测的信号频率越低误差越小，测量精度也就可以越高。
本章小结：通过对上述频率测量的两种原理和方法的比较可以很明确的看出来周期测量法适合对频率较低信号的测量，而计数法则适合于对频率较高信号的测量，选择测量方法不仅要考虑此因素，还要考虑测量时候的实现难易程度，因为用周期测量法所得到数据还需要通过f=1/T 求倒运算才可以得出信号的频率，而求倒数运算很难用中小规模数字集成电路来实现，因此周期测量法不适合本实验。而计数法所得到的测量数据，
被测信号
信号二分频
高频信号
T
在闸门时间为一秒的时间内不需要进行任何换算，数码管所显示的数字就是被测信号的频率。所以，本设计采用计数法测量，即直接测频法。
3 设计原理及整体电路分析
直接测频法的设计原理框图如图3-1所示。
图3-1 设计原理框图
首先有个被测信号fx ，但此信号可以是任意形状，例如正选波，三角波和各种不规则的波行，然后就必须把这个波变成规则的矩形脉冲波，这时侯需要一个整形电路，经过整形电路后就会形成与被测信号同频率的矩形脉冲，再将脉冲送入闸门电路。
555振荡器由555定时器构成的，其作用是产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间，作为计数器的时钟信号，计数器开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。
闸门电路是由一个与非门组成，在闸门电路开通的情况下，开始计被测信号中有多少个上升沿，当计数完后，此时数码管显示计数完成后的数字。
锁存器作用是把计数器在1s 结束时的计数值进行锁存，从而使显示器上获得稳定的测量值，因为计数器在1秒时间内要完成很多输入脉冲，如果不加锁存器，显示器上的值会随输入的变化而变化，不便于读数。
控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号，如下图3-2所示
整形电路 脉冲形成 闸门电路 计数电路
锁存电路
控制电路 时基电路 555振荡器 BCD 码七段显示
被测信号
图3-2 控制电路示意图
本章小结：在设计电路时，自己认为最重要的部分应该是时基电路和整形电路，整形电路是为了得到同频率的标准矩形方波，而时基电路是为了产生标准的时基信号，只有这两部分设计仿真成功，电路设计就完成了一半，这都整个电路仿真是否起着决定的作用
4单元电路设计
4.1 脉冲形成电路
脉冲形成电路是由信号发生器和整形电路组成的，当输入一个信号是正弦波或是三角波或其他周期变化的波形，先经过一个由二极管组成的双向限幅器，再经过由555组成的施密特触发器进行整形，最后得到标准的矩形脉冲信号。电路图如图4-1所示。
施密特
触发器
限幅器
图4-1 脉冲形成电路
限幅器起一个滤波作用。只有当输入信号在一定范围内时才能完全通过限幅器，这时输出电压才会随着输入电压变化而变化。而当输入信号超过这一范围时，输出电压或保持不变或二极管截止。
555定时器构成施密特触发器的电路图如图4-2所示,波形图如图4-3所示。
图4-2 555定时器构成施密特触发器
图4-3 构成施密特触发器输入输出波形
图4-2中，V CO(5)端接10nF，起滤波作用，以提高电压的稳定性，清0端4接高电平V CC,将两个比较器输入端6和2连在一起，作为施密特触发器的输入端。其工作波形如图4-3所示。
当Ui＜1/3Vcc时，输出V o为高电平。
当1/3Vcc＜Vi＜2/3Vcc,状态保持不变。
当Vi≥2/3Vcc时，输出V o=V Ol,状态发生一次翻转。
Vi由最大值逐步下降，当Vi下降至Vi≤1/3Vcc时，使输出V o= V oH，状态又发生一次翻转。
由此可见该电路上限触发电平为V t+=2/3Vcc，下限触发电平为V t-=1/3Vcc。
4.2 时基电路
时基电路是由555定时器构成的多谢振荡器，如图4-4所示，工作波形如图4-5所示，它的功能是产生标准的一秒脉冲。图中V CC (8)和RST(4)接高电平，CON(5)接10nF 的电容，起滤波作用，将THR(6)和TRI(2)连在一起，作为输入信号的Ui输入端，三极管T D输出端DIS(7)通过通过电阻R6(10.7KΩ)接到电源V CC。
电路接通电源时，由于555定时器内部电容C还未充电，V CC通过555定时器电阻(R1+R2)对电容C充电，电路进入暂稳态。
在暂稳态期间，随着电容C的充电，V CON的电位不断升高，当V CON≥2/3Vcc时，这时电路输出V0翻转为低电平，电路发生一次自动翻转。
在此同时，555定时器内部的三极管T D导通，电容C放电，电路进入另一暂稳态。然而随着电容C的继续放电，V CON的电位逐渐下降，当下降到V CON≤1/3Vcc时，电路又一次发生自动翻转。
此后，如此反复，形成多谐振荡。
电路充电时，得到的暂稳态持续时间为t1 = 0.7(R6+R7)C3
电容放电时，得到的暂稳态持续时间为t2 = 0.7 R7C3
从而得到，电路输出矩形脉冲的周期为T = t1+t2 = 0.7(R6+2R7)C3
图4-4 时基电路
图4-5 工作波形
4.3 闸门电路
闸门电路是由一个与非门组成，如下图4-6闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，标准时间信号一秒脉冲到来时，闸门开通，这时，脉冲形成电路的被测信号脉冲通过闸门进入计数器，从而计数；当标准时间脉冲结束时，闸门关闭，这时被测信号无法通过闸门，也就无法计数。
图4-6 闸门电路
4.4 计数器
计数器采用74LS90异步计数器，当一秒脉冲到来时，闸门开通，被测信号通过闸
门计数器计数，标准时间脉冲结束时闸门关闭，如图4-7为74LS90引脚图。
图4-7 74LS90引脚图
之所以采用74LS90计数器，是因为它有很多好处，其一74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，功能表如表4-1所示。它可以灵活的构成8421BCD和5421BCD 码计数器，分别是Q A接B，Q D接A。
表4-1 74LS90功能表
复位输入输出
R1 R2 S1 S2 Q D Q C Q B Q A
H H L X L L L L
H H X L L L L L
X X H H H L L H
X L X L 计数
L X L X 计数
L X X L 计数
X L L X 计数
表中H为高电平、L为低电平、×为不定状态。
其二74LS90计数器设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。
其三74LS90计数器多种分频方式，即五分频，十分频，六分频，九分频，其中，十分频中又有8421码十分频和5421码十分频。
4.5 锁存器
本课题锁存器的作用是将计数器在一秒结束时的计数值进行锁存，使在显示器上获得稳定的数值。选用8D锁存器74LS273可以完成上述锁存器，要想完成锁存功能必须使清除端保持高电平，引脚图如4-8所示其中1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，11脚CLK为锁存控制端。功能如表
4-2
图4-8 74LS273引脚图
表4-2 74LS273功能表
C LR
C
LK
D Q
0 ××0
1 ↑11
1 ↑00
1 0 ×0
4.6 BCD码七段显示译码∕驱动器（74LS48）
74LS48是二-十进制BCD码译码器，A3-A1为二进制码输入，从0000-1001十种。
下图4-9是BCD七段荧光数码管显示系统。发光二极管采用共阴极电路，共阴极电路的负极都连在一起，且数码管的负极在外部只有一个引脚，在a-g中有几个为高电平到来时就会有相应的二极管导通，当二极管导通时相应的二极管就会发光。几个为高电平时，相应的二极管会导通，使其发光，相应的二极管发光组合在一起便会出现0-9不同的数字，例如当A3 A2 A1 A0=0011时2，显示是3，当A3 A2 A1 A0=1000时，显示的数字是8。
图4-9 七段数字显示器系统原理图
表4-3 74LS48的逻辑功能表
输入输出
LE BI LT D C B A a b c d e f g 显示数字
0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0
0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1
0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2
0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3
0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4
0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5
0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6
0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7
0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8
0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9
4.7 计数译码显示电路
译码器
锁存器
计数器
图4-10 计数译码显示电路
计数译码显示电路是由上述计数器（74LS90）、锁存器（74LS273）、译码器（74LS48）以及数码管所共同组成的。计数电路是由74LS90十进制的计数器所组成，输出4位二进制数；锁存器（74LS273）的作用是用来实现锁存和是计数器清零的功能，在时基电路的脉冲上升沿时刻到来时闸门电路开启，计数器即开始计数，在同一个脉冲的下降沿时刻到来时闸门电路关闭，计数器即停止计数。译码器（74LS48）的功能是用来将74LS273的锁存结果译码后输送到数码管显示。数码管的作用是将被测信号的频率以数字的形式显示出来。计数译码显示电路图如上图4-10所示。
本章小结：分别对电路原理图中的各个期间进行简单的介绍，使我们更清楚的了解各个期间的作用，这样在画仿真图时会很清楚的知道器件各个引脚的作用和它们之间的连法，避免仿真时因为连线错误而导致仿真失败。
5 整体电路图
图5-1 整体电路图
经过以上各单元电路的设计和说明，经过分析便可得到以上如图5-1的整体电路图，接通电源后，计数器清零，当标准时间脉冲到来时，闸门电路开通，在此同时，脉冲形成电路中的信号经整形后得到的方波通过闸门电路，这时，计数器开始计数，标准时间脉冲结束时所产生的为低电平0.25S触发时基电路，使之产生正脉冲，这个正脉冲作为74LS273锁存器的锁存时钟脉冲，锁存脉冲到达时，锁存器将计数器的值锁存住，这时锁存器输出的值等于计数器的值，时基电路经过与非门对计数器清零，从而完成一次测量，当下一秒脉冲到来时又按照以上步骤进行，从而完成频率的测量。
6 整体电路元器件清单
表6-1 元器件清单
名称型号数量
共阴数码管LED 4
7段译码器74LS48 4
计数器74LS90 4
二极管1N4007 4
锁存器74LS273 2
与非门74LS00 1
定时器555 2
电容、电阻若干
7电路仿真
要想整体使电路运行成功，必须先对各个主要部分进行仿真，在Multisim中利用示波器测试各个分支电路的波形图，测试的主要部位分别为脉冲生成电路，时基电路等是否正常工作。
7.1 脉冲形成电路仿真
脉冲形成电路仿真图如图7-1所示由555定时器构成的施密特触发器对输入信号进行限幅和整形，输入端接数字信号发生器，输出端接示波器在数字信号发生器中，有三种状态波，如图7-2，分别为三角波，正弦波，和方波，当对这三个波都输入相同的频率和振幅，输出都是和输入具有相同频率的方波。
图7-1脉冲形成电路仿真图
图7-2 信号发生器
以正弦波为例，信号发生器的波形如图7-3，经整形后的方波如图7-4所示。
图7-3 信号发生器产生的正弦波
图7-4 整形后波形
时基电路采用555定时器构成多谐振荡器，如图7-5，电路来产生一秒的脉冲，示波器的负级接地，正极接555的引脚(3)，调整示波器的周期和幅度，使周期为一秒，幅度为5V，使在示波器上显示一秒的时间脉冲。产生标准时基信号波形如图7-6所示。
图7-5 时基电路仿真图
图7-6 标准时基信号波形
仔细连线计数器，锁存器，译码显示器。整体电路测试时，采用被测信号频率为50Hz 和1000Hz分别仿真得出结果如下7-7,7-8各图所示。由于数码管对multisim软件仿真步长的影响，导致信号仿真出结果的时间较长，不同的频率所花费的时间也不相同，从几分钟到几十分钟不等。从仿真结果还可以看出，当被测信号频率较大时，仿真结果有少量误差。
图7-7 频率为50Hz时仿真结果
图7-8 频率为1000Hz时仿真结果
本章小结：在实际的仿真时，先对整形电路和时基电路分别进行仿真，看仿真结果是否正确，如果正确再对整体电路仿真，这样既提高了效率有提高了正确率。
参考文献
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长安大学 电子技术课程设计 数字频率计的设计 专业： 班级： 姓名 指导教师： 日期：
目录 引言 第一章系统概述 一、设计方案的选择 1、计数法 2、计时法 二、整体框图及原理 第二章单元电路设计 一、放大电路设计 二、闸门电路设计 三、时基电路设计 四、控制电路设计 五、报警电路设计 六、整体电路图 七、整机元件清单 第三章设计小结 一、设计任务完成情况 二、问题及改进 三、心得体会 鸣谢 附录
引言 题目：数字频率计的设计 初始条件： 本设计可以使用在数模电理论课上学过或没学过的集成器件和必要的门电路构建简易频率计，用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务： ①设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，并用发光二极管表示单位。 ②测量频率的范围：100hz—100khz。 ③测量信号类型：正弦波和方波。 ④具有超量程报警功能。 摘要： 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易数字频率计,数字频率计应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim仿真软件。本课程设计介绍了简易频率计的设计方案及其基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字：频率计、TTL芯片、时基电路、逻辑控制、分频、计数、报警
第一章系统概述 一、设计方案的选择 信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有两种：计数法和计时法，或称测频法和测周期法。 1、计数法 计数法是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为T，计数器得到的计数值为N1，则被测频率为f=N1/T。改变时间T，则可改变测量频率范围。如图（1-1-1） 计数值N1 被测信号 标准闸门 T 图 1-1-1 测频法测量原理 设在T期间，计数器的精确计数值应为N,根据计数器的计数特性可知，N1的绝对误差是N1=N+1,N1的相对误差为δN1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相对误差可知，N的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f以确定的条件下，为减少N的相对误差，可通过增大T的方法来降低测量误差。当T为某确定值时（通常取1s），则有f1=N1,而f=N，故有f1的相对误差：δf1=(f1-f)/f=1/f 从上式可知f1的相对误差与f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。
简易数字频率计设计报告 设计内容： 1、测量信号：方波、正弦波、三角波； 2、测量频率范围: 1Hz~9999Hz； 3、显示方式：4位十进制数显示； 4、时基电路由由555构成的多谐振荡器产生（当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体振荡器分频获得）； 5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。 设计报告书写格式： 1、选题介绍和设计系统实现的功能； 2、系统设计结构框图及原理； 3、采用芯片简介； 4、设计的完整电路以及仿真结果； 5、Protel绘制的电路原理图； 6、制作的PCB； 7、课程设计过程心得体会（负责了哪些内容、学到了什么、遇到的难题及解决方法等）。 电子课程设计过程： 系统设计→在Multisim2001下仿真→应用Protel 99SE绘制电路原理图→制作PCB →撰写设计报告
简易数字频率计课程设计报告 第一章技术指标 1.1整体功能要求 1.2系统结构要求 1.3电气指标 1.4扩展指标 1.5设计条件 第二章整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图及原理 第三章单元电路设计 3.1 时基电路设计 3.2闸门电路设计 3.3控制电路设计 3.4 小数点显示电路设计 3.5整体电路图 3.6整机原件清单 第四章测试与调整 4.1 时基电路的调测 4.2 显示电路的调测 4-3 计数电路的调测 4.4 控制电路的调测 4.5 整体指标测试 第五章设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进
5.3心得体会附录 参考文献
第一章技术指标 1.整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。 2.系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 数字频率计整体方案结构方框图 3.电气指标 3.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 3.2 测量频率范围：分三档： 1Hz~999Hz 0.01kHz~9.99kHz 0.1kHz~99.9kHz 3.3 测量周期范围：1ms~1s。 3.4 测量脉宽范围：1ms~1s。 3.5测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误 差）。 3.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 4.扩展指标 要求测量频率值时，1Hz~99.9kHz的精度均为+1。
摘要 在电子技术领域中，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。本文设计的测量频率计由硬件电路和软件设计两部分组成。硬件电路以AT89S52单片机最小系统为核心，实现整个电路的测试信号控制、数据运算等功能，选用74LS160作为分频电路，并通过LCD显示模块显示测量的数据。软件设计包括：单片机定时计数程序、LCD显示程序等。该数字频率计可以对输入信号幅度为5V的正弦波信号、方波信号、三角波信号进行测量，测量的频率范围为1Hz--10MHz。测量的相对误差为 1%。本系统具有结构紧凑、体积小、可靠性高、测频范围宽、使用方便等优点。 关键字:数字频率计；信号；单片机
Abstract In the electronics field, the frequency is one of the most basic parameters, and is very closely related to many electrical parameters measurement program, measurement results, so the measurement of frequency becomes even more important. The measurement of frequency designed in this text consist of two parts: the hardware and software design .the hardware circuitry take AT89S52 microcomputer as the core, to achieve the functions of controlling of the entire circuit of the test signals, data operations and choose 74LS160 as a frequency divider circuits, and through LCD display module shows measured data. Software design includes: MCU timer counting procedures, LCD display procedures and so on. The digital frequency meter can measure amplitude sine wave signal, square wave, triangle wave signals of which input signal is 5v, the frequency measured ranges from 1Hz to10MHz. The relative measurement error is 1%. This system has the advantage of compact structure , small size, high reliability, test frequency range, and easy use. Keyword:Figure frequency meter；Signal；Single-chip 目录
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。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。 时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已求得高精度的时钟需求。3.2 原理框图 图3-1 系统框图
一课程设计题目：数字频率计的设计 二、功能要求 （1）主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。 （2）率范围：分四1Hz~999Hz、01kHz~9.99kHz、1kHz~99.9kHz、10~999KHZ (3)周期范围：1ms~1s。 （4）用3个发光二极管表示单位，分别对应3个高档位。 三频率计设计原理框图 正弦波 数字频率计原理框图 1
测试电路原理：在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s 的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关。 被测信号 频率测量算法对应的方框图 四、各部分电路及仿真 1 整形电路部分 整形电路的目的是将三角波、正弦波变成方便计数的脉冲信号。整形电路可以直接用555定时器构成施密特触发。 本次设计采用555定时器，适当连接若干个电阻就可以构成触发器 图1-1 整形电路 将555定时器的THR和TR1两个输入端连在一起作为信号输入端，则可得到 显示电路 闸门产生 输入电路闸门计数电路
施密特触发器，为了提高其稳定性通常要在要在CON端口接入一个0.01uf左右的滤波电容。但使用555定时器的时候输入的电压应该要大于5V，本次设计直接用信号源来做输入信号，并且信号源的振幅为10V，没有用放大电路将信号放大。 2 时基电路 时基电路时用来控制闸门信号选通的时间，由于本次设计的频率计测试范围是0到999KHz，故时基信号要有1ms 10ms 100ms 1s，基于上述，还需要一个分频器分出不同的频率。设计过程如下：可用一个多谐振电路产生频率为1KHz的脉冲信号（即T=1ms），然后使用分频器产生10ms 100ms 1s。 多谐振电路可以采用555定时器或者晶体振荡器来完成。本次设计采用555定时器实现，本次设计的精确度要求比较低，而且555定时器组成的多谐振荡起的最高振荡频率只能最多1MHz，而我们将用555定时器产生1Kz的频率，满足在该范围之内。分频器采用10分频，可用74LS90或者74LS160。 图2-1555定时器构成的多谐振振荡器 555多谐振振荡器设计参数：设计一个震荡周期为1ms，输出的占空比 2 3 q
课程设计任务书 学生：专业班级：通信 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 数字频率计的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。用数码管显示频率计数值。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。 2）测量频率围：10~9999Hz。 3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 4）测量信号幅值：0.5~5V。 5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。 6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少5篇参考文献。按《理工大学课程设计工作规》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规。 时间安排： 1、2013年5 月17日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年 6 月18 日至2013 年6 月22 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年6 月22 日至2013 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2013年7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (3) 1电路的设计思路与原理 (4) 1.1电路设计方案的选择 (4) 1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4) 1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (5) 1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (6) 1.1.4方案确定 (7) 1.2 原理及技术指标 (8) 1.3 单元电路设计及参数计算 (9) 1.3.1时基电路 (9) 1.3.2放大整形电路 (10) 1.3.3逻辑控制电路 (11) 1.3.4计数器 (13) 1.3.5锁存器 (15) 1.3.6译码电路 (16) 2仿真结果及分析 (16) 2.1仿真总图 (16) 2.2单个元电路仿真图 (17) 2.3测试结果 (20) 3测试的数据和理论计算的比较分析 (20) 4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (20) 4.1故障a (20) 4.2故障b (21) 4.3故障c (21) 4.4故障d (21) 4.5故障e (22) 5 心得体会 (22)
电气与信息工程学院 数字频率计 设计报告书 前言 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。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：频率计，闸门，逻辑控制，计数-锁存
目录 第一章设计目的 第二章设计任务和设计要求 2.1 设计任务及基本要求 2.2.系统结构要求 第三章系统概述 3.1概述 3.2设计原理及方案 第四章单元电路设计及分析 4.1 时基电路 4.2逻辑控制电路 4.3计数电路 4.4锁存电路 4.5显示译码电路 4.6 闸门电路 第五章安装与调试过程 5.1 电路的安装过程 5.2 电路的调试过程 5.3 出现的问题及解决办法 第六章结果分析 第七章收获与体会
第八章元件清单 第九章实现结果实物图 附录A 参考文献 第一章 设计目的： 1.了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理； 2.熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误 差的方法。 3.本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应 用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 4.针对电子线路课程要求，对我们进行实用型电子线路设 计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养我们运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
第二章 设计任务及要求： 2.1设计任务及基本要求： 设计一简易数字频率计，其基本要求是： 1)测量频率范围0～9999Hz； 2)最大读数9999HZ,闸门信号的采样时间为1s；. 3)被测信号可以是正弦波、三角波和方波； 4)显示方式为4位十进制数显示； 5)完成全部设计后，可使用EWB进行仿真，检测试验设计电路的正确性。 2.2.系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量。 波形 整 形 计 数 器 数 码 显 示 振荡 电 路分 频 器 控 制 门 数 据 锁 存 器 显 示 译 码 器 被测 信 号
数字频率计的设计 摘要：采用STC89C52RC单片机作为系统的核心控制器件，该系统采用直流供电，由信号输入模块、信号相加模块、滤波模块、信号比较器模块，电平转换模块组成，具有信号输入、测信号频率、测量矩形方波占空比的功能，并且具有测量精度高功耗低、抗干扰能力强等特点。
1 方案设计与比较
信号混合电路模块 方案一：同相加法器。加法器是一种数位电路，其可进行信号的加法计算。加法器是产生数的和的装置。加数和被加数为输入，和数与进位为输出的装置为半加器。若加数、被加数与低位的进位数为输入，而和数与进位为输出则为全加器。同相加法器输入阻抗高，输出阻抗低反相加法器输入阻抗低，输出阻抗高当选用同相加法器时，如A输入信号时，因为是同相加法器，输入阻抗高，这样信号不太容易流入加法器，反而更容易流入B端，而影响到B端的正常使用;同样，如B输入信号时，容易流入A端，而影响到A端的正常使用。 方案二：反相加法器。当选用反相加法器时，因为加法器输入阻抗低，不管是A端，还是B端信号，更容易流入加法器，而不会影响其它路的正常使用。 综上所述选择方案一。 滤波电路模块 方案一：选用有源二阶切比雪夫高通滤波器。切比雪夫滤波电路在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器在过渡带比巴特沃斯滤波器的衰减快，但频率响应的幅频特性不如后者平坦。切比雪夫滤波器和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小，但是在通频带内存在幅度波动，有可能有纹波波动导致电压达到施密特触发器的上限或下限出发电平，导致误触发，输出方波可能严重失真。 方案二：选用有源二阶巴特沃斯高通滤波器。巴特沃斯滤波电路的幅频响应在通带中具有最平幅度特性没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零，由于巴特沃斯滤波电路的幅频响应曲线很平滑，没有起伏，可以有效规避施密特比较器中的误触发，所以选用幅频响应曲线最平滑的巴特沃斯型滤波器，可以有效规避误触发。 综上所述选择方案二。
电子测量实训报告 姓名：X X X 院系：X X X X 学院 专业：07电子信息工程 学号： 指导教师： 完成时间: 2010 年 9月 7 日
目录 第1章引言 (3) 1.1数字频率计的概述 (3) 1.2设计任务 (3) 1.3设计目的 (4) 1.4设计方案 (4) 1.5频率计设计原理 (5) 第2章系统硬件设计 (5) 2.1电路原理图设计 (5) 2.2单元电路介绍 (6) 2.3 74LS90引脚及其说明 (8) 2.4 74LS47的介绍 (9) 2.5 74LS123的介绍 (10) 第3章硬件调试 (11) 第4章实训小结 (10) 第5章附录 (13) 附录1 硬件电路原理图和连接图 (13) 附录2 元器件清单 (14) 附录3 参考文献 (14)
数字频率计的设计 摘要：本实训报告是关于数字频率计设计的简要介绍。采用直接测频法的方案来完成本次实训设计。其组成部分有时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。该设计主要用于数码管的显示功能，在四位LED数码管上对输入信号频率进行显示，并能够准确运行。 关键词：数字频率计、计数脉冲、单稳态电路、闸门电路、锁存、频率显示 第1章引言 1.1数字频率计的概述 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，三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量他们的周期。数字频率计在测量其他物理量如转速、振荡频率等方面获得广泛应用。所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1s）里变化的次数。若在一定时间间隔T内测得的这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为：f =N/T。 1.2设计任务 设计一个数字频率计系统，频率在四位数码管上进行显示，如下图。从左到右依次为频率的千位、百位、十位、个位。 设计要求： （1）位数： 能计4位十进制数，计数位数主要取决于被测信号频率的高低，如果被测信号频率较高，精度又较高，可相应增加显示位数。 （2）量程： 最大读数为9999Hz，闸门信号的采样时间为1s。 （3）显示方式： 用七段LED数码管显示读数，做到显示稳定、不跳变。
课程设计任务书 学生姓名：覃朝光专业班级：通信1103 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 数字频率计的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。 2）测量频率范围：10~9999Hz。 3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 4）测量信号幅值：0.5~5V。 5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。 6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 1、2013年5 月17日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年 6 月18 日至2013 年6 月22 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年6 月22 日至2013 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2013年7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (3) 1电路的设计思路与原理 (4) 1.1电路设计方案的选择 (4) 1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4) 1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (5) 1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (5) 1.1.4方案确定 (6) 1.2 原理及技术指标 (6) 1.3 单元电路设计及参数计算 (8) 1.3.1时基电路 (8) 1.3.2放大整形电路 (9) 1.3.3逻辑控制电路 (9) 1.3.4计数器 (11) 1.3.5锁存器 (12) 1.3.6译码电路 (13) 2仿真结果及分析 (13) 2.1仿真总图 (13) 2.2单个元电路仿真图 (14) 2.3测试结果 (17) 3测试的数据和理论计算的比较分析 (17) 4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (17) 4.1故障a (17) 4.2故障b (18) 4.3故障c (18) 4.4故障d (18) 4.5故障e (18) 5 心得体会 (19)
(完整)数字频率计设计与制作 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)数字频率计设计与制作）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)数字频率计设计与制作的全部内容。
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 Fabrication Wangfeng, Electronic Information Engineering Abstract: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; counter
数字频率计逻辑电路设计 一﹑简述 在进行模拟﹑数字电路的设计﹑安装和调试过程中，经常要用到数字频率计。 数字频率计实际上就是一个脉冲计数器，即在单位时间里（如1秒）所统计的脉冲个数，如图3.1计数时序波形图所示。频率数即为在1秒内通过与门的脉冲个数。 图3.1(a)门控计数 图3.1(b)门控序列 通常频率计是由输入整形电路﹑时钟振荡器﹑分频器﹑量程选择开关﹑计数器﹑显示器等组成。如图3.2所示。
图3.2 方框图 图3.2中，由于计数信号必须为方波信号，所以要用史密特触发器对输入波形进行整形，分频器输出的信号必须为1Hz，即脉冲宽度为1秒，这个秒脉冲加到与门上，就能检测到待测信号在1秒内通过与门的个数。脉冲个数由计数器计数，结果由七段显示器显示。二﹑设计任务和要求 设计一个八位的频率计数器逻辑控制线路，具体任务和要求如下： 1. 八位十进制数字显示。 2. 测显范围为1Hz~10MHz。 3. 量程分为四档，分别为*1000﹑*100﹑*10﹑*1。 三﹑可选用器材 1. NET系列数字电子技术实验系统 2. 直流稳压电源
3. 集成电路：频率计数器专用芯片ICM7216B，74LS93，74LS123，74LS390，7555及门电路 4. 晶振：8MHz，10MHz 5. 数显：CL102，CL002，LC5011—11 6. 电阻﹑电容等 四﹑设计方案提示 数字频率计可分为三部分进行考虑： 1. 计数﹑译码﹑显示 这一部分是频率计数器不可少的。即外部整形后的脉冲。通过计数器在单位时间里进行计数﹑译码和显示。计数器选用十进制的中规模（TTL/CMOS）集成计数器均可，译码显示可采用共阴或共阳的配套器件。例如计数器选用74LS161，译码器为74LS248，数显器为LC5011—11。也可选用四合一计数﹑寄存﹑译码﹑显示CL102或专用大规模频率计数器ICM7216芯片等。 中规模组成的计数﹑译码显示和四合一的数显。我们在基本实验和前几个课题中都已使用过，使用时，可参阅有关章节。下面介绍一下专用八位通用频率计数器ICM7216的特点及性能。 ICM7216是用COMS工艺制造的专用数字集成电路，专用于频率﹑周期﹑时间等测量。ICM7216为28管脚，其电源电压为5V。针对不同的使用条件和用途，ICM7216有四种类型产品，其中显示方式为共阴极LED显示器的为ICM7216 B型和D型，而显示方式为共阳极LED显示器的为ICM7216 A型和C型。图3.3为ICM7216B型的外管脚排列图。A﹑
毕业设计（论文）任务书 课题名称数字频率设计课题性质毕业论文 专业楼宇智能化工程技术班级 11级学生姓名学号 113121 指导教师教研室主任系部主任 发放日期 一、课题条件： 1．分析频率计的设计方法； 2．利用现有的仿真软件进行波形仿真； 二、毕业论文（设计）主要内容： 1、测量信号：方波； 2、测量频率范围：1KHZ~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：1秒，0.1秒； 5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。 三、计划进度： 1. 资料的收集撰写开题报告 7月18日至9月8日 2. 方案设计 9月9日至9月15日 3. 电路的设计指标分析与确定；后期的电路优化元器件的选择与参数确定 9月16日至11月2日 4. 毕业设计论文的修改、完善 11月3日至11月10日 5. 毕业设计答辩11月15 日至11月20日 6. 毕业设计工作总结11月20日至11月25日 四、主要参考文献： (1)电子技术基础(第三版) (2)电子产品的设计与制作工艺 (3)电子设计技术杂志 (4)现代电子学及应用1 (5)AD (6)数字电子技术基础阎石主编高等教育出版社 指导教师（系）教研室主任 年月日年月日
摘要 频率计又称为频率计数器，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。 频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。 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，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。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。 常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计。 关键词：逻辑控制，计数器，时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
简易数字频率计的设计与制作 作者:赵玉龙 【摘要】:本设计是基于单片机内部的两个定时器/计数器与外围硬件相结合,并通过一定的软件控制达到测量频率的目的的简易数字频率计，可以直接精确测量1KHZ到65.535KHZ的频率范围。本设计的优点在于直接利用单片机进行频率的测量，更加的方便，实用。 【关键词】:单片机频率测量
前言 单片机即单片微控制器单元,由微处理器,存储器,I/O接口,定时器/计数器等电路集成在一块芯片上构成,现在应用于工业控制,家用民用电器以及智能化仪器仪表,计算机网络,外设,通信技术中,具有体积小、重量轻、性价比高、功耗低等特点, 同时具有较高的抗干扰性与可靠性可供设计开发人员灵活的运用各种逻辑操作,实现实时控制和进行必要的运算.目前单片机更朝着大容量、高性能与小容量、低廉化、外围电路内装化以及I/O接口的增强和能耗降低等方向发展.本设计的意义在于如何利用较少的硬件达到直接测量较高精度频率的目的，更加的方便，快捷，相对于传统的数字频率计实用性更高。
第一章 系统硬件电路的设计 1.1方案的选择: 方案一.采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路来构成，利用555多谐振荡产生闸门时间，两个D 触发器来进行门控信号的选择，数码管,以及其他硬件电路组成。 方案二.利用一块AT89C51单片机芯片直接来驱动数码管。 比较方案一与方案二在实现功能一样的情况下,我们可以发现纯粹利用硬件电路来实现不仅产品体积较大，运行速度慢,而且增加了许多的硬件成本,而利用单片机体积小、功能强、性能价格比较高等特点,在实际使用时节约了很多的硬件成本,符合设计的要求,故而本设计选择方案二来实现频率的测量. 1.2系统功能分析 本系统是基于单片机的简易数字频率计，在硬件的基础上通过软件的控制 达到频率测量的目的，整个系统工作由软件程序控制运行。整个系统主要可以分为两个部分，频率测量单元和频率显示单元。频率测量单元主要完成对被测信号的测量，而显示单元主要完成用数码形式将测量结果显示出来。 1.3.系统的方框图: 被测信号通过单片机的内部处理，完成对被测信号的测量，经过转换以数字形式显示出来。 图一 系统方框图 具体情况如下： 将单片机定时/计数器0设置成定时器方式,由它对单片机机器周期信号计数定时,形成时间间隔T,去控制单片机定时/计数器1的启动和停止, 单片机定时计数器1设置成计数器方式,由它对被测信号计数. 这里需要说明能够的是单片机内的两个定时/计数器在同一时刻不能既作为计数器使用又作为定时器使用,如设置成定时器模式就不能作为计数器使用;如设置成计数器模式就不能作为定时器使用. 1.4.各功能部件单元电路设计
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1～9999HZ 1.2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，其重复频率等于被测信号的频率fＸ。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1s，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秒时间内的累计数，所以被测频率fＸ= N Hz。 被测信号fＸ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。
& 长安大学 电子技术课程设计 数字频率计的设计 ） 专业： 班级： 姓名 指导教师： : 日期：
目录 引言 第一章系统概述 一、设计方案的选择 ￥ 1、计数法 2、计时法 二、整体框图及原理 第二章单元电路设计 一、放大电路设计 二、闸门电路设计 三、时基电路设计 四、控制电路设计 | 五、报警电路设计 六、整体电路图 七、整机元件清单 第三章设计小结 一、设计任务完成情况 二、问题及改进 三、心得体会 鸣谢 " 附录
} 引言 题目：数字频率计的设计 初始条件： 本设计可以使用在数模电理论课上学过或没学过的集成器件和必要的门电路构建简易频率计，用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务： ①设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，并用发光二极管表示单位。 ②测量频率的范围：100hz—100khz。 《 ③测量信号类型：正弦波和方波。 ④具有超量程报警功能。 摘要： 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易数字频率计,数字频率计应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim仿真软件。本课程设计介绍了简易频率计的设计方案及其基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字：频率计、TTL芯片、时基电路、逻辑控制、分频、计数、报警
… 第一章系统概述 一、设计方案的选择 信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有两种：计数法和计时法，或称测频法和测周期法。 、 1、计数法 计数法是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为T，计数器得到的计数值为N1，则被测频率为f=N1/T。改变时间T，则可改变测量频率范围。如图（1-1-1）
电子线路课程设计报告 姓名： 学号： 专业：电子信息 日期：2014.4.13 南京理工大学紫金学院电光系 2014-4-13
引言 《电子线路课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。 该课程主要内容： （1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念； （2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。 （3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：包括放大器、滤波器、比较器、光电耦合器、单稳、逻辑控制、计数和显示电路等。 （4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。 （5）电子线路课程设计课题： 设计并制作一个基于模电和数电的简易数字频率计。
目录 第一章设计要求................................................. 1.1 基本要求........................................... 1.2 提高部分........................................... 1.3 设计报告........................................... 第二章整体方案设计............................................. 2.1 算法设计........................................... 2.2 整体方框图及原理................................... 第三章单元电路设计............................................. 3.1 模电部分设计....................................... 3.1.1 放大电路........................................ 3.1.2 滤波电路........................................ 3.1.3 比较电路........................................ 3.1.4 模电总体电路.................................... 3.2 数电部分设计....................................... 3.2.1 时基电路........................................ 3.2.2 单稳态电路...................................... 3.2.3 计数、译码、显示电路............................ 3.2.4 数电总体电路.................................... 第四章测试与调整............................................... 4.1 时基电路的调测..................................... 4.2 计数电路的调测..................................... 4.3 显示电路的调测..................................... 第五章设计小结................................................. 5.1 设计任务完成情况................................... 5.2心得体会...........................................