目录
1. 设计任务及主要技术指标和要求 (1)
2. 总体设计方案 (1)
2.1设计思路 (1)
2.2设计方案和原理框图 (1)
2.3方案比较 (2)
3. 电路设计 (3)
3.1放大整形电路 (3)
3.2时基电路 (5)
3.3计数译码显示电路 (8)
3.4报警电路 (11)
3.5闸门电路 (12)
4. 组装调试 (12)
5. 心得体会 (14)
参考文献 (15)
附录Ⅰ总电路图 (16)
附录Ⅱ元件清单 (17)
1.选题背景
数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，其功能是测量正弦信号，方波信号，尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此已经成为电路设计的常用器件之一，它有不可取代的地位。在电子技术中，频率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，是测量频率的重要手段之一。
1.1设计任务
设计一个能够测量正弦波信号频率的电路。具体要求如下：
（1）测频范围为0~999Hz，精度为1Hz。
（2）用数码管显示测频结果。
（3）设有超量程显示（信号频率>=1KHZ时）。
发挥部分：进一步扩大频率计的测评范围，设计超量程换挡。
说明：在输入正弦波信号峰值为100mv的情况下测试
2. 总体设计方案
2.1 设计思路：
频率，是单位时间内完成周期性变化的次数，所以我们的设计是将输入的信号进行放大整形之后输入到计数器，计算出一秒内通过的脉冲数量，然后经由译码器将对应的频率通过数码管显示出来。
2.2设计方案和原理框图：
我们打算采用数电技术来完成设计，该数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、时基电路、计数器电路、译码显示电路几部分组成，总体结构如图：
图2-1 数电频率计原理框图
从原理图可知，被测信号X在不影响其频率的情况下经放大整形电路变成计数器需求的方波信号Y。由555构成的多谐振荡器提供标准时间基准信号Z，信号Z经主控电路产生门控脉冲A，方波时基信号A作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号X从闸门另一端输入，被测信号频率为f,闸门宽度为T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率f=N/THz。逻辑控制电路的作用有两个：一是控制4511译码器对显示数据进行锁存；二是控制计数器的清零，保证下一次计数从零开始。
1）放大整形电路的选择
对信号的放大功能由三极管放大电路实现，对信号整形的功能由施密特触发器来实现。施密特触发器是一种特殊的数字器件，一般的数字器件当输入超过一定的阈值，其输出一种状态，当输入小于这个阈值时，转变为另一个状态。
方案一：放大电路采用TL082二级运放来实现，整形电路则采用4093，即带有施密特触发器的与非门。
方案二：放大电路同样采用TL082二级运放，在整形方面可以采用555构成的施密特触发器来达成。
2）时基电路的选择
方案一：时基电路的作用是产生一个标准的时间信号（高电平持续时间为1s）可用555构成的多谐振荡器作为时基电路。多谐振荡器又称方波发生器，电路不具有稳定的状态，但是具有两个暂稳态，当电路由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态时，其“触发”信号是由电路内部充（放）电提供的，因此无需外部触发脉冲，电路工作就是在两个暂稳态之间来回转换，其脉宽由电阻和电容决定。用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。其电路图如下：
图2-2 555时基电路
方案二：时基电路可用晶体振荡器和分频器构成。晶振频率取32768Hz，晶振产生脉冲经分频器14级二分频后输出2Hz脉冲（高低电平各持续1s）。
2.3方案比较
1）放大整形电路方案比较
555定时器的灵敏度较高，输出驱动电路大，但考虑到涉及的是简易频率计对精度要求不高英雌没必要使用555定时器构成施密特触发器，而且用4093直接整形相比而言使电路更加简易因此选用方案一
2）时基电路方案比较
方案二晶振分频产生的标准时间精度要高于方案一中的555多谐振荡器产生的标准时间。但是555定时器电路元件较少结构简单使用方便，而且由于设计要求精度不是很高，所以选用方案一。
3. 电路设计
本次设计电路由以下几部分构成：
1）放大整型电路：对被测信号进行放大然后整形为方波；
2）时基电路：产生一个高电平时长为1s的信号；
3）闸门电路：通过时基电路产生的时基信号来控制计数器的计数清零以及译码器的锁存；
4）计数译码显示电路：计数器计算脉冲数量然后输入到译码器，把十进制计数器计数结果译成BCD码，然后通过数码管显示出来。
5）报警电路：在测量时如果被测信号的频率超出量程，则会给予警示
3．1 放大整形电路
放大整形电路作用是将测试信号放大整形成相应的方波脉冲作为计数脉冲，其电路图如图3-1所示：
图3-1放大整形电路
放大整形电路采用TL082运算放大器，由于输入信号幅值为100mV左右，所以这里采用双级放大，共需放大50倍。由运放虚短虚断性质知：放大倍数=R2/R1*R4/R3，从而选R1=R3=10K，R2=100K，R4=50K，为保证零输入运放平衡同相输入所接电阻取R5=R6=10K。
其引脚图以及仿真波形图如下图所示(波形图由上至下依次为被测信号，一级放大，二级放大)：
图3-2 TL082引脚图及仿真波形图
CD4093是集成施密特触发器，它由四个2输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有施密特触发功能的2输入与非门。4093用于对放大器的输出信号进行整形，使之成为对应的矩形脉冲。4093接法及仿真波形：
图3-3 4093接法及仿真波形
