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数字频率计的设计

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目录摘要 (2)第1章方案选择及总体设计 (3)1.1方案选择 (3)1.2总体设计 (4)1.2.1 芯片功能描述 (4)第2章P ROTEL DXP的入门准备知识 (8)2.1 PROTEL DXP的若干基础知识 (8)2.2 PROTEL DXP的使用 (8)第3章电路设计及制板 (9)第4章实物制作及调试说明 (11)4.1元件安装与实物制作 (11)4.2 调试说明 (12)参考文献 (12)附录 (13)摘要本频率计是采用对输入脉冲进行计数的方式实现测频，测量范围为1HZ~99.999KHZ。

采用32768晶体作振荡器的基准频率，由于晶体的稳定性高，输出脉冲稳定，故计数闸门时间精确。

采用CD40110作数码管驱动，外围电路简单，显示精度高，输入回路引入负反馈，使CD4069工作于放大状态，提高了测试信号的精度。

整机元件少、成本低、易于制作、不需调试。

可扩展性强，若需增大测频范围，只需增加数码管与驱动块即可。

全部采用通用元件，易于购买与制作。

关键词：频率计、CD40110、32768晶体作振荡器、CD4069第1章方案选择及总体设计1.1方案选择根据题目的要求，本器件除了核心器件集成块外主要还包括了以下几个部分：1、显示器方案一：液晶显示器。

如果选择此方案，将会降低系统的功耗，这样就可以用电池供电，便于携带。

但液晶显示器的驱动电路复杂，使用起来有一定的难度。

方案二：用数码管作为显示器。

数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。

其缺点是功耗较大。

由于数码管使用起来较为方便，在夜间看时间也很方便。

因此选择了方案二。

2、显示器驱动电路考虑到经济问题，我们采用低电压，选择了CD40110芯片由于用低电压来驱动数码管时电流小，因此需在段码支路加限流电阻。

3、振荡电路采用频率为32768HZ石英晶体，集成电路CD4060与CD 4017作为分频器。

1.2总体设计1.2.1芯片功能描述1.CD40110芯片CD40110是用BCD码（二-十进制）计数的，它能进行1位十进制计数。

电路有两个时钟输入端:引脚7是减计数时钟脉冲输入端CP D，计数脉冲从该端输入时进行减计数；引脚9是加计数时钟脉冲输入端CP U，计数脉冲从该端输入时进行加计数。

把a~g接至数码显示管相应端，就能把该位计数的结果同步显示出来。

10脚CO为加计数进行端，它平时呈高电平，每当计数器计数逢十进一时，在该端出现一个副负脉冲，把这个负脉冲输送到高一位的CD40110的CP U端时，可实现高一位的加计数。

CP I和CP D都是上升沿有效。

11脚BO为减计数借位端，它平时亦呈高电平，每当计数器计数逢十进一时，在该端出现一个负脉冲，把这个负脉冲输送到高一位的CD40110的CP D端时，可实现高一位的减计数。

5脚CR为复位端，计数器正常工作时，应接低电平。

若欲将该位清零时，只要将5脚接正电源即可。

复位时，数码管显示0.CD40110还具有锁存功能，由6脚LE端实现。

不需要锁存时，LE端接低电平（地），需要锁存时，LE接高电平，锁存后数码管显示不变，供人们观察读数，读数结束后，使LE 端恢复低电平，显示仍按实时进行。

另有一种情况是锁存显示计数内容时，计数器停止计数，即禁止时钟脉冲输入，当撤消锁存时，再继续进行计数，这一功能称为禁止，由CD40100的4脚CT实现，其使用方法与6脚LE 端类似。

CD40110的功能见表2.6.3。

表2.6.3 CD40110真值表图2.6.7是三位加减计数器的原理图，七字段输入直接接到共阴极LED 数码管上。

开关S1、S2、S3分别保持、清零、禁止控制，图中连接为加计数方式。

2.LM7805LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V 的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。

带散热片时能持续提供1A 的电流，如果使用外围器件，它还能提供不通的电压和电流。

以下是LM7805的在protel 中的引脚图：23LM7805CTLM7805管脚图3、CD4060CD4060是4000系列CMOS器件中的一种，是14位二进制计数器。

它内部有两反相器，外接两个电阻及一个电容就可组成振荡器，作为时钟发生器。

输入时钟脉冲时(下降沿)，输出端输出记数脉冲。

它有一个复位端(Reset)，当复位端为高电平时，所有输出端都是低电平。

Reset是复位输入端(高电平有效)．Q4～Q14是二进制记数脉冲输出端，Vdd为电源正端(3～18V)．CD4060BCN4、MC14017MC14017十进制计数/驱动电路功能表第2章P ROTEL DXP的入门准备知识2.1P ROTEL DXP的若干基础知识Protel dxp 2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal(信号走线层); 16层Mechanical(机构层); 16层Internal Plane(内层电源层);2层Solder Mask(防焊层); 2层Paste Mask(锡膏层); 2层Silkscreen(丝印层); 2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）; 1层Keep Out (禁止层); 1层Multi-Layer (横跨所有的信号板层) 。

Protel dxp 2004中Pad点的外型：圆形；方形；八角形。

Pad点堆迭结构：包含Simple (所有的层数都相同)；Top-Mid-Bottom (可对不同的层数下外型定义有top, bottom 或者是mid layers)；Full Stack (每个层数都能各自定义Pad点外型)。

Protel dxp 2004Via(贯孔)的种类：Through-hole(从顶层贯穿到底层)；Blind & Buried(板层对)；Blind & Buried (任意层数)。

Protel dxp 2004布线模式：Oblique(任意角走线)；45 deg(45度角走线)；45 deg with arcs(45度角圆弧走线)；90 deg(90度角走线)；90 deg with arcs(90度角圆弧走线)。

Protel dxp 2004交互式布线模式：Ignore Obstacles(忽略障碍模式)；Avoid Obstacles(避开障碍模式)；Push-and-Shove(推挤障碍模式)。

Protel dxp 2004铺铜的形式：90度角铺铜;45度角铺铜;垂直铺铜;水平铺铜。

Protel dxp 2004内层连接：可以指定到任意的网络(Net) 。

Protel dxp 2004内层电源：所有的内层电源层都能指定到任意的网络,而且所有的内层分割都能重迭。

2.2P ROTEL DXP的使用1、先在D盘里新建一个属于自己的文件夹。

然后运行Protel软件，然后在Documents文件夹下单击右键选择“New”，再进入Schematic Document界面，在Browse下选择Libraries便可在下面的选框中选择所需的元件。

器件选择完毕后先按顺序排好，然后按照原理图要求给各个元件命名，再用工具栏中选择画线工具“ ”将各元件联接在一起。

然后双击各元件，在各元件的Footprint栏中分别填写封装形式，最后在Design栏中选择Create Netlist项生成一个Net页。

2、在Documents文件夹下单击右键选择“New”，再进入PCB Document并命名，进入后在KeepOutLayer环境下画边框。

画好后打开在它的Design栏中选择Load Nets项，可在PCB的粉红色方框内生成许多重叠在一起的元件及其连线，然后将其一一分开并按照顺序排好，然后在Auto Route按钮下选择Route All即可完成任务。

再在TopLayer下，点击Place按钮选择Polygon Plane,进行敷铜。

第3章电路设计及制板一．设计题目：为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。

通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作电路基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。

二．设计要求及技术指标1、工作电压：直流3.8V。

2、输入灵敏度：<30MV；3、分辨率：1HZ4、输入波形：正弦波，方波、三角波；5、最高输入电压：30V6、测量范围：1HZ-99.999Khz三、主要元器件的选择1、驱动与显示：采用5片CD40110（IC i~5）驱动5个LED共阴数码管组成5位十进制计数显示器。

CD40110内部包括十进制计数器和7段译码器两部分，译码输出可以直接驱动LED数码管。

R为清零端，当R=1时，计数器直接清零。

TE端接闸门控制信号，当TE=0时，计数器开始计数，当TE=1时，停止计数，但显示的结果被保留。

电路采用3.8V电源供电，既可满足驱动LED的要求，又可减少干扰与功率损耗。

2、振荡电路：采用频率为32768HZ石英晶体，集成电路CD4060与CD 4017作为分频器。

四、设计思想：1、测频原理：电路原理见图1，本频率计是采用对输入脉冲进行计数的方式实现测频的，测量范围为1HZ~99.999KHZ。

（10HZ以下稍有偏差）IC9构成时钟电路。

C2，32768HZ晶体，R3,R4与IC9内部电路共同组成振荡电路，产生32768HZ脉冲经IC9内部14级二分频后由3脚输出2HZ脉冲送至IC8的14脚。

C3,R5为IC8的开机复位电路，因为输入脉冲为2HZ，所以IC8输出端Y0至Y9依次产生0.5s的高电平第一个使IC8 3 脚为高电平，将IC1至IC5同时清零复位，此时数码管显示为零。

第一，第二个脉冲被VD1,VD2合并带宽为1s宽的标准脉冲，经IC8-1反相后变为低电平控制计数闸门，经控制IC5 的4脚TE端，闸门打开，计数器开始计数。

当第三个脉冲到来时，IC5 4脚变为高电平，计数停止，并显示测量值，一直持续到第十个脉冲，故读数周期为3.5s。

当第十一个脉冲到来时，计数器又被清零，开始下一次测量，如此周而复始地循环。

由于闸门时间为1s，故1s内计的脉冲数即为被测频率。

2、被测信号的输入、放大与整形：R1,C1组成输入电路。

IC10-2与R3组成放大电路，R3与IC10-2处于线性放大电路，调整它的阻值可调整放大增益IC10-3，IC10-4对输入信号进行整形，使其成为近似方波的信号。

被测信号送至IC5的输入端9脚进行计数，然后由数码管显示计数。

3、设计特点：振荡频率32768HZ的晶振，经14级分频后，频率为2HZ，所以选择CD4060作为分频器使用。

输出脉冲为2HZ，所以又经CD4017再经两次分频后达到0.5HZ，再经VD1与VD2合成为所需的1HZ基准信号，经门电路形成标准控制脉冲，达到精确测量的目的。

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频率计设计

频率计设计

频率计的设计内容介绍：数字频率计是用来测量信号频率的装置。

它可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率。

在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试的过程中，经常要用到频率计。

由于其用十进制数显示，测量速度快、精度高、显示直观，因此频率计得到广泛的应用。

一、设计内容及技术指标设计内容：设计用四只数码管显示结果的数字频率计。

技术指标：1、测量信号：正弦波、方波、三角波2、被测量信号频率范围：1HZ—9999HZ3、显示方式：4位十进制数显示4、时基电路由555定时器组成多谐振荡器产生的时基信号，其脉冲宽度分别为：正脉冲 1S，负脉冲0.25S二、电路原理及框图数字频率计测频率的基本原理：所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)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：f=N/T (1)图1（a）是数字频率计的组成框图。

被测信号vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率fx相同。

时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1s，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fx=NHz。

逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。

各信号之间的时序关系如图1（b）所示。

I所谓频率，就是周期性信号的在单位时间（1s ）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：T N f = （2.2.1）上图是数字频率计的结构框图。

被测信号X V 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I ，其频率与被测信号的频率x f 相同。

时基电路提供标准时间基准信号II ，其高电平持续的时间s t 11=,当s 1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s 1信号结束时闸门关闭，停止计数。

数字频率计的设计

数字频率计的设计

数字频率计的设计与制作一设计要求1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。

2技术指标要求：2.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。

2.2 测量频率范围：1Hz~999Hz2.3测量精度为2Hz。

2.4显示方式：三位十进制显示。

2.5时基电路由555震荡电路产生。

2.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警.二整体方案设计一数字频率计的基本原理数字频率计是一种用十进制数字显示频率的数字测量仪器，它的基本功能是测量正弦波信号，方波信号和尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，它的用途十分广泛。

本设计主要由多谐振荡器、整形电路、闸门电路、计数器和数字显示几个模块组成。

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化的次数。

如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

二总方案设计数字频率计整体方案结构方框图输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。

而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。

在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。

所以在通过整形之前通过放大衰减处理。

当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。

当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。

计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。

在计数的时候数码管不显示数字。

当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。

控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。

简易数字频率计设计

简易数字频率计设计

简易数字频率计设计简易数字频率计是一种统计计算工具，用于频率统计，使用适当的算法来测量特定序列中给定元素或者元素组合出现的频率，主要用于数据分析和统计工作，帮助使用者深入分析数据，得到较为精准的结果。

本文将详细说明一种简易的数字频率计的设计实现过程和分步流程。

设计步骤第一步：准备设计简易数字频率计所需要的硬件设备设计简易数字频率计需要的硬件设备有：计算机、网络设备、数据存储器、输入输出设备等。

计算机配备相应的硬件设备和软件，网络设备用于连接多台计算机，数据存储器用于存储数据，输入输出设备允许输入和输出各种不同类型的数据。

第二步：制定相应的算法根据具体情况，应制定出相应的算法，用于计算数据序列中给定元素或者元素组合出现的频率，主要包括排序算法，查找算法，求和算法，概率分布算法等。

比如：可以使用冒泡排序或者快速排序对数据序列进行排序，使用二分查找等技术快速查找元素，在运算时可以使用求和、乘法、平方等算法来计算数据，使用贝叶斯理论等方法来求取概率分布。

第三步：实现数据处理根据设计上的算法，使用计算机及其相应的软件和硬件设备，进行数据处理，对相关的数据序列进行相应的操作，实现频率的统计计算，得到精准的统计结果。

第四步：测试并可视化在完成简易数字频率计的设计之后，应当对数据处理过程进行测试，以验证所编写算法的正确性和可靠性。

完成测试之后，可以通过图表和表格的方式可视化频率计算结果，更加直观地显示出数据之间的关系以及频率变化趋势。

以上就是一种简易数字频率计的设计实现过程，它可以为使用者提供准确的统计数据和频率结果，促进数据深入分析等工作，为企业的发展带来重要的帮助。

数字频率计课程设计

数字频率计课程设计

数字频率计课程设计引言数字频率计是一种用来测量波形信号频率的仪器。

在本次课程设计中，我们将设计并实现一个基于微控制器的数字频率计。

在设计过程中，我们将使用Arduino开发板以及相应的传感器和电路组件。

本文档将介绍该课程设计的目标、设计思路、实现步骤以及预期的结果。

目标本次课程设计的目标是通过设计一个数字频率计来实现以下功能： 1. 测量输入的波形信号的频率。

2. 将测量结果以数字形式在液晶显示屏上显示。

设计思路1.硬件设计：•使用Arduino开发板作为主控制器。

•使用一个脉冲传感器作为输入信号源。

•使用一个液晶显示屏来显示测量结果。

2.软件设计：•使用Arduino编程语言编写程序。

•通过读取脉冲传感器的信号来计算输入信号的频率。

•将计算得到的频率值通过串口传输给液晶显示屏。

实现步骤1.硬件连接：•将脉冲传感器的输出引脚连接到Arduino开发板的数字输入引脚。

•将液晶显示屏的控制引脚连接到Arduino开发板的对应输出引脚。

2.软件编程： ```c // 引入LiquidCrystal库 #include<LiquidCrystal.h>// 定义液晶显示屏的引脚 LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);// 定义脉冲传感器的引脚 int pulsePin = 7;// 定义变量存储频率值 float frequency = 0;void setup() { // 初始化液晶显示屏 lcd.begin(16, 2);// 设置脉冲传感器引脚为输入状态 pinMode(pulsePin, INPUT);// 设置波特率为9600 Serial.begin(9600); }void loop() { // 定义变量存储脉冲计数值 int pulseCount = 0;// 计算脉冲计数值 while (pulseCount < 1000) { if (digitalRead(pulsePin) == HIGH) { pulseCount++; delayMicroseconds(100); } }// 计算频率值 frequency = pulseCount / 1000.0;// 在串口上发送频率值 Serial.println(frequency);// 清除液晶屏内容 lcd.clear();// 在液晶屏上显示频率值 lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(。