简易数字频率计设计

一、概述

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,其中电子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。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本次设计的数字频率计以AT89C52为核心，在软件编程中采用的是C51语言，测量采用了多周期同步测量法，它避免了直接测量法对精度的不足，同时消除了直接与间接相结合方法，需对被测信号的频率与中介频率的关系进行判断带来的不便，能实现较高的等精度频率和周期的测量。

二、硬件电路设计方案

多周期同步测量法的基本思路是使被测信号与闸门之间实现同步化，从而从根本上消除了在闸门时间内对被测信号进行计数时的±1量化误差，使测量精度大大提高。倒数计数器就是基于该方法而设计出来的一种具有创新思想的测频、测周期的仪器。它采用多周期同步测量法，即测量输入多个（整数个）周期值，再进行倒数运算而求得频率。其优点是：可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率。

（一）系统级方案设计

在选择多周期同步等精度测量法的情况下，按照自顶向下的设计方法，可以画出该频率计的系统级框图，如图1所示。根据测周期、频率的原理，可以将总体框图分为三个子系统：输入通道（即前置整形电路）该部分主要由模拟电路组成的；多周期同步等精度频率、周期的测量、控制及功能切换（中间部分），该部分基本上由数字硬件电路组成；单片机及外围电路，包括单片机、数码显示。

图 1 频率计的系统方框图

（二）子系统设计

1．输入通道的设计。输入通道是由前置放大器和整形器组成的，所以要对前置放大器的增益和带宽指标进行估计。为了能准确测量信号，将输入信号经过一个放大整形电路。其具体实施方案为：将输入信号经过LM358运放放大，再通过74LS132整形，此时的信号还不能直接送入单片机，这是因为在硬件上CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制，解决这个问题要通过硬件，再配合软件来解决。 2．预置闸门时间发生电路设计。闸门时间的确定，可以先由一个555定时器产生一个脉冲信号，将555产生的脉冲信号送入到74LS90十进制计数器当中，由于74LS90具有二-五进制混合计数的功能，所以可以用它来实现五进制计数，将74LS90的输出接到3—8线译码器74LS138的输入端，再将译码器的输出端接上五个发光二极管，这样就可以实现硬件上的闸门时间控制。但是考虑到硬件实现上的复杂性，可以通过软件上来实现，就是将五个发光二极管直接接到单片机的P1口由软件上来实现，通过按键来改变它的闸门时间。

数字式频率计的设计

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，因此频率的测量显得更为重要。数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。测量频率的方法有多种，其中电子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。本次设计的数字频率计以555为核心，采用直接测频法测频，能够测量正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等。根据显示的频率范围，用4片10进制的计数器构成1000进制对输入的被测脉冲进行计数；根据输入信号的幅值要求，所以要经过衰减与放大电路进行检查被测脉冲的幅值；由于被测的波形是各种不同的波，而后面的闸门或计数电路要求被测的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路，通过这些整体要求，由显示部分，计数部分，逻辑控制部分，时基电路部分，构成简易的频率计的设计。

目录

一．设计任务和要求.................................................. 3

1.设计任务 ............................................................................................................. 3

2.设计要求 ............................................................................................................. 3

1 数电课程设计报告

题目：频率计

目录

第一章 设计指标………………………………………………………………………2

1.1设计指标……………………………………………………………………………2

第二章 系统概述………………………………………………………………………3

2.1设计思想……………………………………………………………………………3

2.2可行性论证…………………………………………………………………………3

2.3各功能的组成………………………………………………………………………3

2.4总体工作过程………………………………………………………………………3

第三章 单元电路设计与分析…………………………………………………………5

3.1各单元电路的选择…………………………………………………………………5

3.2设计及工作原理分析………………………………………………………………5

第四章 电路的组构与调试……………………………………………………………12

4.1遇到的主要问题……………………………………………………………………12

4.2现象记录及原因分析………………………………………………………………12

14.3解决措施及效果…………………………………………………………………12

4.4功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据……………………………………12

第五章 结束语…………………………………………………………………………15

5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向…………………………………15

5.2总结设计的收获与体会……………………………………………………………15

附图（电路图、电路总图）……………………………………………………………16

参考文献…………………………………………………………………………………18

2 第一章:设计指标

设计指标：要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。用按键选择测量信号的频率。测试值采用4个LED七段数码管显示，并以发光二极管只是测量对象（频率）的单位：Hz、kHz。频率的测量范围有四档量程。

1 / 2 基于multisim数字频率计设计

在Multisim中设计数字频率计（Digital Frequency Counter），可以使用计数器和时钟信号来实现频率测量。下面是一种基本的设计方法：

打开Multisim软件并创建一个新的电路设计。

从元件库中选择一个计数器元件（如74LS90或74HC161），将其放置在工作区中。

从元件库中选择一个时钟源元件（如信号发生器），将其放置在工作区中。

连接时钟源元件的输出端口到计数器元件的时钟输入端口。

根据计数器元件的位数，选择需要读取的输出位（如4位或8位），并连接到合适的显示元件（如7段数码管或LED灯）。

连接电源和接地。

配置时钟源元件的频率，以模拟待测信号的频率。

运行电路模拟，并观察数码管或LED灯上显示的计数值。

根据计数值和计数时间，可以通过简单的计算得到频率值。

这是一个简单的数字频率计的设计示例。具体的设计过程和连接方式可能因使用的元件型号和Multisim版本而有所不同。根据具体需求，您可以进行进一步的调整和改进，例如添加显示切换按钮、改2 / 2 善精度和稳定性等。

请注意，这只是一个基本的设计示例，实际设计中可能需要考虑更多因素，如输入信号的幅值范围、滤波和抗干扰能力等。根据具体需求，可能需要使用更复杂的电路和元件。建议在设计和实施之前进行充分的研究和验证。