数电课程设计报告_数字频率计

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)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）测量结果显示4位有效数字，测量精度为万分之一。

2）频率测量范围：100.1Hz——999.9kHz，分四档。

第一档：100.1Hz——999.9kHz第二档：1.000Hz——9.999kHz第三档：10.00kHz——99.99kHz第四档：100.0kHz——999.9kHz3）量程切换可以采用两个按键或由电路控制自动切换。

4）设计一个周期性方波产生电路频率计调试所需的信号。

输出信号的频率范围与测量范围相同，分为四个量程。

再设置四个按键在每档范围内选择4为有效数字的9~16个固定频率，最高位数值必须分布为1~9，信号占空比可以任意。

第二章：系统概述2.1设计思想所谓周期性信号频率，是指信号在1s时间内的周期数。

所以，通过记录信号在1s内的周期数即可确定其频率。

2.2可行性论证针对上述设计思想，可采用计数器来实现记录周期数的功能；采用时基信号产生计数时间作为采样时间；要通过数码管显示结果，考虑如果计数器直接将数据输入到数码管显示，则会出现数码管的数据不断变化，累计增加的情况，例如，一信号的频率为100Hz，计数器则会从1一直计数，数码管会在每秒内变化100次，所以采用寄存器或锁存器，在每个时间信号内，给予一个高电平使能有效，将计数器的数值锁存到寄存器或者锁存器。

课程设计数字频率计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握数字频率计的基本原理与功能，了解其在实际生活中的应用。

2. 学会使用特定软件或工具进行数字频率计的设计与仿真。

3. 掌握基本的计数、计时方法，并将其应用于数字频率计的搭建。

技能目标：1. 能够运用已学知识，设计并搭建一个简单的数字频率计，培养动手操作能力和问题解决能力。

2. 能够运用逻辑思维，分析并优化数字频率计的设计方案，提高创新意识和团队协作能力。

3. 能够熟练运用相关软件或工具进行数字频率计的仿真实验，提高计算机操作技能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。

2. 培养学生的团队合作精神，学会倾听、交流、分享，增强集体荣誉感。

3. 使学生认识到科技对社会发展的作用，提高社会责任感和使命感。

本课程针对初中年级学生，结合电子技术课程内容，以数字频率计为主题，旨在培养学生的动手操作能力、问题解决能力和创新意识。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中掌握知识，提高技能，同时注重情感态度价值观的培养，使学生在学习过程中形成积极向上的人生态度。

通过本课程的学习，学生能够达到上述课程目标，为后续相关知识的学习奠定基础。

二、教学内容1. 理论知识：- 数字频率计的基本原理与功能- 频率的定义及测量方法- 计数器、定时器的工作原理2. 实践操作：- 数字频率计的硬件组成与电路设计- 软件仿真工具的使用方法- 设计并搭建数字频率计的实验步骤3. 教学大纲：- 第一阶段：数字频率计基本原理学习（1课时）- 理解频率概念，掌握频率测量方法- 了解数字频率计的基本原理与功能- 第二阶段：硬件组成与电路设计（2课时）- 学习数字频率计的硬件组成- 掌握计数器、定时器的工作原理- 分析并设计数字频率计电路- 第三阶段：软件仿真与实验操作（2课时）- 学习并掌握软件仿真工具的使用方法- 设计实验方案，搭建数字频率计- 进行仿真实验，验证设计效果4. 教材关联：- 本教学内容与教材中“电子技术基础”、“数字电路设计与应用”等章节相关。

数频率计的设计实验报告一、实验目的本实验的目的是设计并实现一个能够准确测量输入信号频率的数频率计。

通过本次实验，深入理解频率测量的原理和方法，掌握数字电路的设计与实现技能，提高解决实际问题的能力。

二、实验原理频率是指单位时间内信号周期性变化的次数。

数频率计的基本原理是在给定的时间间隔内对输入信号的脉冲个数进行计数，然后根据时间间隔和计数值计算出输入信号的频率。

常见的数频率计测量方法有直接测频法和间接测频法。

直接测频法是在单位时间内（通常为 1 秒）对输入信号的脉冲进行计数，得到的计数值即为输入信号的频率。

间接测频法是先测量输入信号的周期，然后通过计算周期的倒数得到频率。

在本实验中，我们采用直接测频法。

使用计数器对输入信号在 1 秒内的脉冲个数进行计数，计数结果通过数码管显示出来，即为输入信号的频率值。

三、实验设备与器材1、数字电路实验箱2、示波器3、函数信号发生器4、集成电路芯片（如计数器、译码器、数码管驱动芯片等）5、电阻、电容、导线等四、实验设计1、计数器模块选用合适的计数器芯片，如 74LS160 十进制计数器。

通过级联多个计数器实现对较大频率范围的测量。

2、控制模块设计一个控制电路，产生 1 秒的测量时间间隔。

可以使用 555 定时器和相关的电阻、电容组成单稳态触发器来实现。

3、显示模块选用数码管作为频率显示器件。

使用译码器芯片（如 74LS48）将计数器的输出转换为数码管的驱动信号。

五、实验步骤1、按照设计原理图在实验箱上连接电路，确保连接正确无误。

2、打开函数信号发生器，产生一个已知频率的正弦波信号，作为输入信号。

3、接通实验箱电源，观察数码管的显示值。

4、调整输入信号的频率，观察数码管显示值的变化，并与已知频率进行对比，验证测量的准确性。

5、使用示波器同时观察输入信号和计数器的输出信号，检查电路的工作状态。

六、实验结果与分析1、当输入信号频率较低时，测量结果较为准确，与已知频率的误差较小。

数电课程设计_数字频率计（终
稿）
本次数电课程设计主要实现一个数字频率计，它可以测量输入信号的频率。

该设备使用一块单片机作为控制器，它可以记录输入信号的周期数和时间，并将其显示在LCD上。

此外，还可以将测量出来的频率储存在EEPROM 中，方便以后使用。

实验原理：在这个频率计中，使用一个电容来检测输入信号的频率。

当电容的电荷量达到一定程度时，即可得出输入信号的一个周期。

单片机通过记录每个周期花费的时间，就可以确定信号的频率。

硬件组成：1.单片机AT89S52；2. LCD1602显示屏；
3. EEPROM24C04；
4. 电容C1。

软件编程：单片机的程序主要由三部分构成，分别是初始化程序、按键处理程序和频率测量程序。

初始化程序：主要用于初始化硬件设备，包括LCD、EEPROM、电容等。

按键处理程序：主要是用于处理用户按键操作，如开始、暂停、结束等操作。

频率测量程序：主要是用于测量输入信号的频率，将测量结果显示在LCD上，并且将结果存储在EEPROM中。

本次课程设计的实现，已经能够完成测量输入信号的频率，并将测量结果显示在LCD上，并将结果存储在EEPROM中。

1.概述数字频率计是通过一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。

通常是计算每秒内的脉冲个数，也就是我们所称的闸门时间为1秒。

闸门时间不定，但闸门时间影响频率计的准确度，闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。

闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。

如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。

因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。

本次课程设计中画图与仿真主要用到了Proteus软件，Proteus是一款电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，元件库齐全，有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器。

具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真，使用和操作起来非常方便。

2.数字频率计原理与框图所谓频率，就是周期性信号在单位时间内变化的次数．若在一定时间间隔t 内测得这个周期性信号的重复变化次数为n，则其频率可表示为nft若在闸门时间1S内计数器计得的脉冲个数为n，则被测信号频率等于nHz。

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。

它一般由放大整形电路、时基电路、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、锁存器、译码器、显示器等几部分组成。

其基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。

通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。

计数信号并与锁存信号和清零复位信号共同控制计数、锁存和清零三个状态，然后通过数码显示器件进行显示。

图2-1 数字频率计整体框图2武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书33.数字频率计的设计3.1 放大整形电路放大整形电路由晶体管 放大器与74LS00等组成，放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。

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。

数字电路课程设计报告1)设计题目简易数字频率计2)设计任务和要求要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为：1)测量范围：1H Z—9.999K H Z，闸门时间1s；10 H Z—99.99K H Z，闸门时间0.1s；100 H Z—999.9K H Z，闸门时间10ms；1 K H Z—9999K H Z，闸门时间1ms；2)显示方式：四位十进制数3)当被测信号的频率超出测量范围时,报警.3)原理电路和程序设计：（1）整体电路数显式频率计电路（2）单元电路设计；（a）时基电路信号号(b)放大逻辑电路信号通信号(c)计数、译码、驱动电路号（3）说明电路工作原理;四位数字式频率计是由一个CD4017（包含一个计数器和一个译码器）组成逻辑电路，一个555组成时基电路，一个9014形成放大电路，四个CD40110（在图中是由四个74LS48、四个74LS194、四个74LS90组成）及数码管组成。

两个CD40110串联成一个四位数的十进制计数器，与非门U1A、U1B构成计数脉冲输入电路。

当被测信号从U1A输入，经过U1A、U1B两级反相和整形后加至计数器U13的CP+，通过计数器的运算转换，将输入脉冲数转换为相应的数码显示笔段，通过数码管显示出来，范围是1—9。

当输入第十个脉冲，就通过CO输入下一个CD40110的CP+，所以此四位计数器范围为1—9999。

其中U1A与非门是一个能够控制信号是否输入的计数电路闸门，当一个输入端输入的时基信号为高电平的时候，闸门打开，信号能够通过；否则不能通过。

时基电路555与R2、R3，R4、C3组成低频多谐振荡器，产生1HZ的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。

计数公式：]3)2243[(443.1CRRRf++=来确定。

与非门U2A与CD4017组成门控电路，在测量时，当时基电路输出第一个时基脉冲并通过U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2脚输出高电平从而使得闸门打开。

数字频率计课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 让学生理解数字频率计的基本原理，掌握频率、周期等基本概念；2. 使学生掌握数字频率计的使用方法，能够正确操作仪器进行频率测量；3. 引导学生运用已学的数学知识，对测量数据进行处理，得出正确结论。

技能目标：1. 培养学生动手操作仪器的技能，提高实验操作能力；2. 培养学生运用数学知识解决实际问题的能力，提高数据分析处理技能；3. 培养学生团队协作能力，提高实验过程中的沟通与交流技巧。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理实验的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，养成实验过程中认真观察、准确记录的好习惯；3. 引导学生认识到物理知识在实际应用中的价值，提高学以致用的意识。

课程性质：本课程为物理实验课，结合数字频率计的原理与应用，培养学生的实践操作能力和数据分析能力。

学生特点：六年级学生具备一定的物理知识和数学基础，对实验操作充满好奇，具备初步的团队合作能力。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导学生主动参与实验过程，培养其动手能力和解决问题的能力。

通过课程目标的分解，使学生在实验过程中达到预期的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 数字频率计基本原理：- 频率、周期的定义与关系；- 数字频率计的工作原理；- 数字频率计的测量方法。

2. 实验操作技能：- 数字频率计的操作步骤；- 实验过程中的注意事项；- 数据记录与处理方法。

3. 教学大纲：- 第一课时：介绍数字频率计的基本原理，让学生了解频率、周期的概念及其关系；- 第二课时：讲解数字频率计的工作原理，引导学生掌握其操作方法；- 第三课时：分组进行实验操作，让学生动手测量不同频率的信号；- 第四课时：对测量数据进行处理与分析，培养学生数据分析能力；- 第五课时：总结实验结果，讨论实验过程中遇到的问题及解决办法。

4. 教材章节：- 《物理》六年级下册：第六章《频率与波长》；- 《物理实验》六年级下册：实验八《数字频率计的使用》。

目录第一章设计指标 (1)1.1功能要求 (1)1.2参数指标 (1)第二章系统概述 (2)2.1设计思想 (2)2.2可行性论证 (2)2.3各功能的组成 (2)2.4总体工作过程 (2)第三章单元电路设计与分析 (4)3.1各单元电路的选择 (4)3.2设计及工作原理分析 (11)第四章电路的组构与调试 (13)4.1 遇到的主要问题 (13)4.2 现象记录及原因分析 (13)4.3 解决措施及效果 (14)4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据 (14)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说明 (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 (17)第一章 设计指标1.1 功能要求1、整体功能要求要求设计一个测量TTL 方波信号频率的数字系统。

用按键选择测量信号频率。

测量值采用4个LED 七段数码管显示，并以发光二极管指示测量对象：频率以及测量值得单位：Hz 、kHz 。

频率的测量范围有四档量程。

1）测量结果显示4位有效数字，测量精度为万分之一。

2）频率测量范围：100.0Hz~999.9kHz ，分为4档。

第一档：100.1Hz~999.9Hz 第二档：1.000kHz~9.999kHz 第三档：10.00kHz~99.99kHz 第四档：100.0kHz~999.9kHz3)量程切换可以采用两个按键SWB 、SWA 手动切换。

1.2参数指标1、主要参数指标1）测量范围：被测信号的最高频率和最低频率。

2）测量精度：测量数字值的有效位。

3）测量误差：主要有计数误差和时基误差。

① 时基误差——定时时间不准造成的误差，与被测信号频率及数值有效位无关， 为恒定值：② 计数误差——由于输入信号与标准定时信号不同步，可能产生1个脉冲的误差。

测量值有效位越多，计数相对误差越小： 累计标准时间TS 中被测信号的脉冲个数NX ，被测信号频率：%100Δ1ΔX ⨯≈Sf f %100ΔX ⨯≈Xsf f f SXX T N f ≈第二章系统概述2.1设计思想1、周期性信号频率的物理意义是信号在1s时间内的周期数，单位有赫兹(Hz)、千赫兹(kHz)、兆赫兹(MHz)等；2、数字频率计的基本原理是测量周期性信号在单位时间内的信号周波数，所以它的主要电路是计数器，需要控制的是计数器的输入脉冲和计数时间，其输入脉冲为被测信号，计数时间为时基信号的周期(单位时间)。

数字频率计设计实验报告1.实验目的本实验旨在通过设计数字频率计的电路，使学生掌握数字电路的设计与运用，加深对计数器、分频器等数字电路的理解，同时熟悉数字电路及测量方法。

2.实验原理数字频率计的原理基于时间测量，将待测信号的周期或频率转化为时间或计数值，再转化为显示在数码管上的频率或周期。

其电路主要由时基、型切换及显示部分组成。

时基部分是实现数字频率计最核心的部分，具有准确的定频测量功能。

根据时基频率的稳定性，数字频率计还可分为光学时基式和晶体时基式，后者是目前数字频率计设计中较为主流和有效的方案。

型切换部分是将输入信号的周期或频率转化为电平，经一个比较器进行比较，输出脉冲后送到后端的计数器。

可分为一级型切换和两级型切换，一级型切换分频系数较小，能测量的频率范围较宽，但精度相对较低；两级型切换分频系数较多，能够实现更高的精度，但测量范围相对较窄。

显示部分主要由解码器、数码管、驱动器等构成，将计数器输出的数字部分经过解码器解码，以驱动数码管显示实际测量结果。

3.实验内容3.1电路设计本实验按照晶体时基式数字频率计的设计原理，设计一个简单的频率计电路。

时基部分采用简单的晶体振荡器电路，输入3V的电源电压，晶体振荡频率为6M，采用CD4066B型CMOS开关实现时填充寄存器与计数控制部分的切换。

型切换部分采用两级型切换，以加强精度，输入信号经过第一级分频后送到S1端，S1端接CD4066B的开关控制引脚，在S1位置上的6dB衰减电阻衰减输入信号再经过第二级分频后进入计数控制部分。

显示部分采用三片74LS47数码管显示器驱动芯片将数码转移至共阴数码管，选用CD4052B组成的位选开关循环驱动数码管。

3.2电路测试将方法频率计电路搭建完成后，接通电源，输入300Hz、3kHz、30kHz和300kHz的信号，观察数码管的测量结果。

并与示波器进行对比，计算相对误差。

4.实验结果通过实验测试，本设计可以稳定地测量300Hz至300kHz范围内的信号频率，并且测量误差相对较小。