数字频率计
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数字频率计
用卡诺图化简后可得到控制 小数点的三个方程
H K2
M K0
L K1
数字频率计
输入为二位控制码 K 2 K1 K2 K1 0 0 0 1 1 0 1 1 H 0 0 1 X M 1 0 0 X L 0 1 0 X
H= K 2 M= K 2 K 1
L=K1
数字频率计
b. 频率单位的控制（Hz 或者kHz） 输入为三位控制码 K 2 K1K0 K2 K1 K0 Hz kHz Hz= K 2 0 0 0 X X kHz=K2 0 0 1 1 0 输入为二位控制码 K 2 K1 0 1 0 1 0 Hz= K 2 0 1 1 X X kHz=K2 1 0 0 0 1 . . 当K 2 1时，KHz 发光二极管亮 红色 . . . . 当K 2 0时，Hz 发光二极管亮 绿色
三个频段的控制可选用三位码，也可用二位码控 制。用三位码实现时的电路如下：
K2
K1
K0
小数 点控 制电 路
H
M
L
数字频率计
根据题意，三个频段的控制要求如下：
三位控制码
K2
K1
0 0
0 1
1
0
小数点 K0 位置 1 10Hz≤f﹤100H 中间位 z M 0 100Hz≤f﹤1000H 低位 L z 0 1KHz≤f﹤10KH 高位H z
振荡周期计算
2 0 V DD 3 T T1 T2 R2 C ln 1 0 V DD 3 ( R1 2 R2 )C ln 2
数字频率计 1 V DD V DD 3 ( R1 R2 )C ln 2 V DD V DD 3
占空比
T2 R1 R2 D T R1 2 R2
时序关系如图：
闸门时间T
被测信号 f x
数字频率计
f CP
锁存信号WR
清“0”信号
究竞是低电平锁存和清零，还是高电平锁存和清零，由选 用的集成电路决定。
三、单元电路的设计 1 、显示器 三位半导体数码管
VDF
数字频率计
VOH V DF R I OF
测量频率范围
显示 单位 Hz Hz
闸门时间 10S 1S
KHz
1S
a.小数点位置控制
可用以下真值表：
K2 0 0 0 0 1 1 1 1 K1 0 0 1 1 0 0 1 1 K0 0 1 0 1 0 1 0 1 H × 0 0 × 1 × × × M × 1 0 × 0 × × × L × 0 1 × 0 × × ×
1 CC 4520( I ) 2
2Q0 2Q1 2Q2 2Q3
2CP
1 CC 4520( II ) 2
1
C1
1EN
1CR
2EN
2CR
下降沿触发
CC4520是异步清零
多谐振荡器
数字频率计
多谐振荡器的工作特点：只要一合上电源，电路的 输出就能在输出高电平和输出低电平两个状态间进 行自动的转换，产生前后沿都很陡的矩形波。
R1、R2、C是电路中的定时元件
电路的振荡过程：
数字频率计
合上电源时，电容电压不能突变， 引脚 2、 6都为 0，输出为高电平， 放电管截止。 因此 C充电，引脚 2、 6电压升高， 当升至VDD/3时，输出仍继续保 持，当升到2VDD/3后，电路输出 变为低电平，放电管导通。 C上电压通过R2→放电管而放电。只要一开始放电，电路状态 继续保持。当放至VDD /3 时，电路的输出又变为高电平。
数字频率计
用发光二极管显示单位，绿灯—Hz ，红灯—KHz 频段 小数点位置 单位 响应时间 10Hz～100Hz Hz ≤12S 100Hz ～1KHz Hz ≤2S 1KHz ～ 10KHz KHz ≤2S
响应时间：输入信号频率改变到显示出稳定的结 果之间的时间
1 、如果我们将手动频段设置开关看成逻辑变量，则小 数点位置和频率单位是由该逻辑变量（频段开关）决 定的变量 2 、小数点位置有三种情况，频率单位有两个，因此开 关变量必须至少2 个或者以上，分别设为K2、K1 或者K2、 K1 、K0
f 16Hz
32 分频后 f 0.5Hz
再12分频后 f 0.08333HZ
……
1S
1S
… …… … ……
2S …
10S
……
数字频率计
实现上述波形的电路为：
5V
2S
R1
R3
10S
& &
2S
0.5Hz
1Hz
8 7
R2
4
C2
2 65
555 3 16Hz 1CP 62.5mS
1Q0 1Q1 1Q2 1Q3
二、输入波形：矩形波（方波） 函数信号发生器可以输出三角波、锯齿波、方波等形状，采用 方波便于测量，无需预先经过整形
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其原理框图如图所示
LED数码管 显示译码电路 被测信号 f
控制电路
计数器 时基电路
三、技术要求
1 ．测量误差δ ≤1%；
数字频率计
f测 - f真 f真
1 ％
表示绝对误差
3a
"1"
LT
CC4511 1A 1B 1C 1D
BI
CC4511 2 A 2B 2C 2D
BI
CC4511 3 A 3B 3C 3D
BI
锁存信号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
fx
被测信号
0Q0
CP
0Q1 0Q2 0Q3 1 CC 4518 2 0EN CR
1Q1 1Q2 1Q3 1 CC 4518 CP 2 1EN CR
1Q0
0Q1
0Q2
0Q3
此时给高位发出计数脉冲
数字频率计
4. 锁存器、译码器和驱动电路设计
为使计数后的结果稳定地送到译码器译码，并显示 出稳定的数据，就必须把计数后的数值锁存起来，测量 过程中计数器的变化不影响显示内容，下一次测量结束 才更新其内容。
为使设计出来的电路简化，应尽可能选择集成度高 的集成电路。为此，本设计题选用BCD码锁存/7段译码/ 驱动器CC4511集成电路，由于三位显示，故需要三片 CC4511集成芯片。
IDF
R
VOH 限流电阻
数字频率计
2、BCD码计数器 根据测频范围 （1）10Hz～100Hz （≤99Hz） （2）100Hz～1000Hz （≤999Hz） 三位BCD码计数器，对应三位数码管 （3）1kHz～10kHz （≤9.9kHz） 四位BCD码计数器，最大计数结果， 9999，尾数舍去
N fx T
如果T=1，则
fx N
数字频率计
测频率法的电路框图
1s f 脉冲放大与 f 整形 与门电路 1s 1s 秒脉冲 发生器 清零 锁存 或 计数器 译码显示
1 、计数器在闸门信号的控制下计数1S的时间，1S内被 测信号的周期数即为被测信号的频率 2 、锁存信号产生后将计数结果送至译码显示器，然后 才能将计数器清零 3 、测频时序为：秒脉冲发生器－ >计数完毕（闸门信号 结束）－> 锁存脉冲－>清零脉冲
2CP(1Hz)
2Q0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
数字频率计
14
2Q1 2Q2
2Q3
2CR
2Q1 2Q3
10S
2S
2S
& &
10S 2S
0.5Hz
1Hz
62.5mS 1CP
16Hz
1Q0 1Q1 1Q2 1Q3
1 CC 4520( I ) 2
2Q0 2Q1 2Q2 2Q3
2CP
1 CC 4520( II ) 2
f测 - f真
2．用三位半导体数码管显示； 3．输入被测信号为5V幅度的方波信号；
数字频率计
一、数字频率计方案考虑 1 ．频率测量方法 一般有两种频率测量方法：测频法和测周法。
⑴ 测频法
频率是单位时间内信号周期的变化次数。如果用 一个标准的定时时间T控制一个闸门电路，在时间T内 闸门打开，让被测信号通过，记下被测信号的变化周 期（用计数器）数，该数与计数时间 T的比值就是被测 信号的频率，则：
1s 1s
2s
因频率较低，故用拉长闸门信号的方法，提高测量精度，但响应 速度变慢。
数字频率计
2. 测周法
先测出被测信号的周期 TX，再换算成信号频率： 它把被测信号的周期当作闸门信号，在被测信号 高电平期间，用一个高频的标准信号源作为计数器的 时钟，电路如图所示：
1 fx Tx
数字频率计
T f T=1/f 标准信号 发生器 清零 锁存信号 整形 2分频 与门 T 计数器 译码显示
1EN
1CR
2EN
2CR
数字频率计
三位8421BCD码的十进制加法计数器设计：
选用三个十进制加法计数器CC4518，CC4518 是8421BCD编码的十进制加法计数器，异步高电 平清零，EN=0时，CP下降沿触发；EN=1时，CP上 升沿触发。所以三级十进制计数器电路如图所示：
数字频率计
触发 脉冲
T
N
对于一定的信号频率，标准信号频率越高（或者 说被测信号频率越低），N越大，相对误差越小。
测周法应用范围 a)在用微处理机的频率测量中（低频测量） b)在中、小规模集成电路的频率计中不合适（换算 困难）
数字频率计
• 测频法对低频段的测量方法
–处理被测信号——倍频 –闸门信号展宽（本实验采用）
