一、课题的任务和要求
二、总体方案设计
1.设计思路
2.设计方案比较
（1）方案一
本系统采用可控制的计数、锁存、译码显示系统，石英晶体振荡器及
多级
分频系统，带衰减器的放大整形系统和闸门电路四部分组成。由晶体
振荡器，多级分频系统及门控电路得到具有固定宽度T的方波脉冲做
门控信号，当门控信号到来，闸门开启，周期为TX的信号脉冲和周期
为T的门控信号相与通过闸门，在闸门输出端产生的脉冲信号送到计
数器，计数器开始计数，知道门控信号结束，闸门关闭。单稳1的哲
态送入锁存器的使能端，锁存器将计数器结果锁存，计数器停止计数
并被单稳2的暂态清零。若取闸门的时间T内通过闸门的信号脉冲个
数为N，则锁存器中的锁存计数。测量频率可直接从数字显示器上读
出。
（2）方案二
纯硬件的实现方法，系统采用由时基电路、放大整形电路、逻辑控制电路和数码显示器四部分组成。时基电路的作用是产生一个标准时
间信号（高电平持续时间为1s），经过三极管与555构成的施密特整
形电路放大整形，由74LS90十进制计数器和74LS273锁存器将所测的
频率传给数码管，显示出来。
（3）方案比较
方案一和方案二均可实现课题要求，且方案二可根据闸门时间选择量程范围。而且方案二最大的特点就是全硬件电路实现，电路稳定性
好、精度高、没有繁琐的软件调试过程，大大的缩短了测量周期。根
据实际实验现有的器件及我们所掌握的知识层面，我们选择采用方案
二。
3.Xx电路原理框图
正弦波
图1-1 数字频率计原理框图
4Xx电路原理图
（1）总电路图
图3-6-1 整体电路图
三、单元电路设计
1.xx电路工作原理
1.放大整形电路
（1）电路分析：
对信号的放大功能由三极管构成放大电路来实现，对信号整形的功能
由施密特触发器来实现。施密特触发器电路是一种特殊的数字器件，
一般的数字电路器件当输入起过一定的阈值，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，而施密特触发器不是单一的
阈值，而是两个阈值，一个是高电平的阈值，输入从低电平向高电平
变化时，仅当大于这个阈值时才为高电平，而从高电平向低电平变化
时即使小于这个阈值，其仍看成为高电平，输出状态不这；低电平阈
值具有相同的特点。
图3-1-1放大整形电路原理图
3时基电路设计
（1）原理：
脉冲形成电路的作用是将待测信号(如正弦波,三角波或者其它呈周期性变化的波形)整形变成计数器所要求的脉冲信号,其周期不变。本电路采用由555定时器所构成的施密特触发器，4位十进制数显示;时基电路由555 定时器及分频器组成, 555 振荡器产生脉冲信号,经分频器分频产生的时基信号,其脉冲宽度分别为: 1s, 0.1s;当被测信号的频率超出测量范围时,报警.
电路原理图如下所示。
图3.1脉冲形成电路图（下边）分频电路
图3.2 分频电路
74160，是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。具体功能如下：
1.异步清零功能
只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。
2.同步置数功能
当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0～D3置入0000，则在Q0～Q3端呈现的数据就是0110。
3.3 移位寄存器
图3.3移位寄存电路
74LS194移位寄存器的控制输入端S1和S0是用来进行移位方向控制的，S0为高电平时，移位寄存器处于向左移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以实现串行输入；在S1为低电平时，移位寄存器处于向右移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。在串行输入、并行输出的转换中，若将四位二进制数码全部送入寄存器内（四位寄存器）。由于每个CP脉冲移位寄存器只移一位，四位二进制数码需要四个CP脉冲。但若四位二进制数码还含有其它检验码(如奇偶校验码)，则总数码有几位就需要几个CP脉冲。
时基电路由两部分组成: 如图3-2-1所示，第一部分为555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1000Hz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:f=1.43/((R1+2*R2)*C),因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取430欧姆,R3取500欧姆,电容取1uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。在R1和R3之间接了一个10K的电位器便于在后面调节使得555能够产生非常接近1KHz的频率。如图3-2-2所示，第二部分为分频电路,主要由4518组成（4518的管脚图，功能表及波形图详见附录），因为振荡器产生的是1000Hz的脉冲,也就是其周期是0.001s,而时基信号要求为0.01s、0.1s和1s。4518为双BCD加计数器，由两个相同的同步4级计数器构成，计数器级为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位，CR线为高电平时清零。计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP 输入保持低电平。
如图3-2-4所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。
图3-2-1 振荡器原理图
图3-2-2 分频电路原理图
3闸门电路设计
（1）原理
如图3-3所示，通过74151数据选择器来选择所要的10分频、100分频和1000分频。74151的CBA接拨盘开关来对选频进行控制。当CBA输入001时74151输出的方波的频率是1Hz；当CBA输入010时74151输出的方波的频率是10Hz；当CBA输入011时74151输出的方波的频率是100Hz；这里我们以输出100Hz的信号为例。分析其通过4017后出现的波形图（4017的管脚图、功能表和波形图详见附录）。4017是5位计数器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端，时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制，INH为低电平时，计数器清零。100Hz的方波作为4017的CP端，如图
3-3，信号通过4017后，从Q1输出的信号高电平的脉宽刚好为100Hz信号的一个周期，相当于将原信号二分频。也就是Q1的输出信号高电平持续的时间为10ms，那么这个信号可以用来导通闸门和关闭闸门。
图3-3-1 闸门电路原理图
4控制电路设计
（1）电路分析：
控制电路需要控制几个模块。包括计数电路，锁存电路，和译码显示电路。通过产生控制信号控制所要控制的模块，同时会产生清零信号和锁存信号，使显示器显示的测量结果稳定。
（1）计数电路
3、计数器与分挡电路
计数器的形式较多，由于设计中计数器数值由七段LED显示，应采用
十进制计数器。由于采用3位显示，至少使用三个十进制计数器。
分挡电路有HZ、KHZ两挡，可以使用秒脉冲、毫秒脉冲做闸门信号，
也可以加长计数器位数，显示时使用多路开关选择低位、高位实现分
挡。
74160 的清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态
如何，即可完成清除功能。74160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0－Q3 与数据输入端 P0－P3 一致。对于54/74160，当 CP 由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 CEP、CET为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的跳变，而 54/74LS160 无此种限制。74160 的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当 CEP、CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0－Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74160，只有当CP 为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而 54/74LS160的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。74160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。对于 54/74LS160，在 CP 出现前，即使 CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能也不受影响。
3-4-1计数电路原理图
（2）锁存/译码电路
4511是 BCD－7 段所存译码驱动器，在同一单片结构上由 COS/MOS 逻辑器件和 n－p－n 双极型晶体管构成。这些器件的组合，使 4511 具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达 25mA 的性能。由此可直接驱动 LED 及其它器件。 LT 、BI 、LE 输入端分别检测显示、亮度调节、存储或选通一BCD 码等功能。当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。根据4511的真值表来连线，并不困难，这里就不做详解了。
3-4-2锁存/译码电路原理图
（
（2）控制电路总原理图：
图3-4-2 控制电路原理图
通过分析我们知道控制电路这部分是本实验的最为关键和难搞的模块。其中控制模块里面又有几个小的模块，通过控制选择所要测量的东西。比如频率，周期，脉宽。同时控制电路还要产生74160的清零信号，4511的锁存信号。
控制电路。计数电路和译码显示电路详细的电路如图3-5所示。当74153的CBA 接001、010、011的时候电路实现的是测量被测信号频率的功能。当74153的CBA接100的时候实现的是测量被测信号周期的功能。当74153的CBA接101的时候实现的是测量被测信号脉宽的功能。图3-6是测试被测信号频率时的计数器CP信号波形、PT端输入波形、CLR段清零信号波形、4511锁存端波形图。其中第一个波形是被测信号的波形图、第二个是PT端输入信号的波形图、第三个是计数器的清零信号。第四个是锁存信号。PT是高电平的时候计数器开始工作。CLR为低电平的时候，计数器清零。根据图得知在计数之前对计数器进行了清零。根据4511（4511的管脚图和功能表详见附录）的功能表可以知道，当锁存信号为高电平的时候，4511不送数。如果不让4511锁存的话，那么计数器输出的信号一直往数码管里送。由于在计数，那么数码管上面一直显示数字，由于频率大，那么会发现数字一直在闪动。那么通过锁存信号可以实现计数的时候让数码管不显示，计完数后，让数码管显示计数器计到的数字的功能。根据图可以看到，当PT到达下降沿的时候，此时4511的LE端的输入信号也刚好到达下降沿。
5自动换挡
（1)原理图
图3-5-1自动换挡原理图
自动换挡时采用可增可减的计数器74LS192来实现的，然后在结合D触发器和各基本门电路就能做成一个可进可退的自动换挡了，换挡的工作时钟是在计数完后才开始工作的，然后显示器是超量程了或是欠量程了就通过D触发器反馈出来的信号在作用在74LS192上就可以实现增减档位了，本图是由高档位向低档位过渡的，经由实践可得从高档位开始测量可以减小仿真时间。
2.xx电路参数计算
四、仿真
五、小结
六、第四章设计小结
1 设计任务完成情况
基本完成只用了2周，但是后续还是有很多问题出现，比如在震荡电路的时候，要调出1KHZ的标准频率有点困难，一不小心就会导致波形变形严重，开始认为这是最简单的一个环节的。接着是整形放大，遇到了2种情况，能放大又整形的不好，能整形放大的又不好，后来仔细研究了一下终于解决这个问题了，这个2个模块算是整个电路里面比较简单的地方了。
接着是最难的控制电路，花的时间也非常的多，我先设计的是不自动换挡
的时候确保能正常计数了，然后再设计自动换挡来加到控制电路当中，几经调整最后终于完成了全部任务，小数点是最后解决的因为是最简单的。
2 问题及改进
在设计的555构成多谐振荡器输出的方波信号，由于电路里面使用的电容元件，在实验的时候，随着实验室里面温度的变化，输出信号的频率也会发生变化，这是造成误差的一个原因，为了在验收的时候提高测量的准确性，所以在测量前要调节电位器，把产生的方波信号接示波器，测量其输出频率，调节电位器，使输出的信号非常接近1KHz，这样的话在后面的测量中会减小误差。在调测计数显示电路的时候，在连接4511元件的时候忘记了将4511的5端接地，导致数码管无法计数，在实验的过程中，连接好电路以后，发现没反应，然后通过示波器一个一个检测元件的输入和输出信号，看看是不是和理论的一样。找出不符合理论的那部分，对照电路图进行检查修改，最后发现有的芯片的使能端没有接地，导致元件的功能没有实现。所以在连接电路的时候要细心，这也是要改进的地方。不然的话就会出现一个又一个的连接上面的问题。在最终测量频率很低的时候，那么本次电路测量频率的算法就有了一定的缺点。例如，当被测信号为0.5Hz时，其周期为2s，这时闸门的脉冲仍为1s显然是不行的。故应该加宽闸门脉冲的宽度假设闸门脉冲宽度加至10S，则闸门导通期间可计数5次，由于计数值5是10s的计数结果，故在显示之间必须将计数值除以10.加宽闸门信号也会带来一些问题：计数结果要进行除以10的运算，每次测量的时间最少要10s，时间过长不符合人们的测量习惯，由于闸门期间计数值过少，测量的精度也会下降。为了克服测量低频信号时的不足，可以使用另一种算法。将被测信号送入被测信号闸门产生电路，该电路输出一个脉冲信号，脉宽与被测信号的周期相等。再用闸门产生电路输出的闸门信号控制闸门电路的导通与开断。设置一个频率精度较高的周期信号（例如10KHz）作为时基信号，当闸门导通时，时基信号通过闸门到达计数电路计数。由于闸门导通时间与被测信号周期相同，则可根据计数器计数值和时基信号的周期算出被测信号的周期T。T=时基信号周期*计数器计数值。再根据频率和周期互为倒数的关系，算出被测信号的频率f。这里面就提供一个思想。没有通过实践去验证。不可避免，这个算法也有它自己的缺陷。
还有就是从手动换挡，到只可进或只可退的自动换挡，最后改进成了可进可退的自动换挡，其中的路途是非常曲折的，主要不同的就是换挡计数器的选择，例如用了74LS160做出来的就是可进的自动换挡，用74LS192做出来的才是可进可退的自动换挡。
3心得体会
本次实习让我们体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐苦与甜。设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使
用。波形调试过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调准等等。这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。合理的分配时间。在设计控制电路的时候，我们可以连接译码显示和计数电路，这样就加快了完成的进度。最重要的是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。觉得这次试验选择了multisim11比较失误，做个仿真都要等个1,2小时，最长的一次我等了6个小时，太夸张了，但是又觉得proteus的人机界面不怎么友好，比较难使用，以后要趁着闲暇的时间去熟悉一下proteus了，因为整体电路是看着网上的图来修改的，所以没什么很大的成就感。完成了电子技术课程设计以后，因我和我的队友迫于考试，时间比较仓促，元器件也比较紧张，所以最终还是决定不做实物了，但也希望老师能给个对得起我这努力的分数。以后有时间了私下在慢慢做实物了。
长安大学 电子技术课程设计 数字频率计的设计 专业： 班级： 姓名 指导教师： 日期：
目录 引言 第一章系统概述 一、设计方案的选择 1、计数法 2、计时法 二、整体框图及原理 第二章单元电路设计 一、放大电路设计 二、闸门电路设计 三、时基电路设计 四、控制电路设计 五、报警电路设计 六、整体电路图 七、整机元件清单 第三章设计小结 一、设计任务完成情况 二、问题及改进 三、心得体会 鸣谢 附录
引言 题目：数字频率计的设计 初始条件： 本设计可以使用在数模电理论课上学过或没学过的集成器件和必要的门电路构建简易频率计，用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务： ①设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，并用发光二极管表示单位。 ②测量频率的范围：100hz—100khz。 ③测量信号类型：正弦波和方波。 ④具有超量程报警功能。 摘要： 本次课程设是基于TTL系列芯片的简易数字频率计,数字频率计应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Multisim仿真软件。本课程设计介绍了简易频率计的设计方案及其基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。三是是对本次课程设计的总结。 关键字：频率计、TTL芯片、时基电路、逻辑控制、分频、计数、报警
第一章系统概述 一、设计方案的选择 信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有两种：计数法和计时法，或称测频法和测周期法。 1、计数法 计数法是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为T，计数器得到的计数值为N1，则被测频率为f=N1/T。改变时间T，则可改变测量频率范围。如图（1-1-1） 计数值N1 被测信号 标准闸门 T 图 1-1-1 测频法测量原理 设在T期间，计数器的精确计数值应为N,根据计数器的计数特性可知，N1的绝对误差是N1=N+1,N1的相对误差为δN1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相对误差可知，N的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f以确定的条件下，为减少N的相对误差，可通过增大T的方法来降低测量误差。当T为某确定值时（通常取1s），则有f1=N1,而f=N，故有f1的相对误差：δf1=(f1-f)/f=1/f 从上式可知f1的相对误差与f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。
简易数字频率计设计报告 设计内容： 1、测量信号：方波、正弦波、三角波； 2、测量频率范围: 1Hz~9999Hz； 3、显示方式：4位十进制数显示； 4、时基电路由由555构成的多谐振荡器产生（当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体振荡器分频获得）； 5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。 设计报告书写格式： 1、选题介绍和设计系统实现的功能； 2、系统设计结构框图及原理； 3、采用芯片简介； 4、设计的完整电路以及仿真结果； 5、Protel绘制的电路原理图； 6、制作的PCB； 7、课程设计过程心得体会（负责了哪些内容、学到了什么、遇到的难题及解决方法等）。 电子课程设计过程： 系统设计→在Multisim2001下仿真→应用Protel 99SE绘制电路原理图→制作PCB →撰写设计报告
简易数字频率计课程设计报告 第一章技术指标 1.1整体功能要求 1.2系统结构要求 1.3电气指标 1.4扩展指标 1.5设计条件 第二章整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图及原理 第三章单元电路设计 3.1 时基电路设计 3.2闸门电路设计 3.3控制电路设计 3.4 小数点显示电路设计 3.5整体电路图 3.6整机原件清单 第四章测试与调整 4.1 时基电路的调测 4.2 显示电路的调测 4-3 计数电路的调测 4.4 控制电路的调测 4.5 整体指标测试 第五章设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进
5.3心得体会附录 参考文献
第一章技术指标 1.整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。 2.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，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 数字频率计整体方案结构方框图 3.电气指标 3.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 3.2 测量频率范围：分三档： 1Hz~999Hz 0.01kHz~9.99kHz 0.1kHz~99.9kHz 3.3 测量周期范围：1ms~1s。 3.4 测量脉宽范围：1ms~1s。 3.5测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误 差）。 3.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 4.扩展指标 要求测量频率值时，1Hz~99.9kHz的精度均为+1。
一课程设计题目：数字频率计的设计 二、功能要求 （1）主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。 （2）率范围：分四1Hz~999Hz、01kHz~9.99kHz、1kHz~99.9kHz、10~999KHZ (3)周期范围：1ms~1s。 （4）用3个发光二极管表示单位，分别对应3个高档位。 三频率计设计原理框图 正弦波 数字频率计原理框图 1
测试电路原理：在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s 的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关。 被测信号 频率测量算法对应的方框图 四、各部分电路及仿真 1 整形电路部分 整形电路的目的是将三角波、正弦波变成方便计数的脉冲信号。整形电路可以直接用555定时器构成施密特触发。 本次设计采用555定时器，适当连接若干个电阻就可以构成触发器 图1-1 整形电路 将555定时器的THR和TR1两个输入端连在一起作为信号输入端，则可得到 显示电路 闸门产生 输入电路闸门计数电路
施密特触发器，为了提高其稳定性通常要在要在CON端口接入一个0.01uf左右的滤波电容。但使用555定时器的时候输入的电压应该要大于5V，本次设计直接用信号源来做输入信号，并且信号源的振幅为10V，没有用放大电路将信号放大。 2 时基电路 时基电路时用来控制闸门信号选通的时间，由于本次设计的频率计测试范围是0到999KHz，故时基信号要有1ms 10ms 100ms 1s，基于上述，还需要一个分频器分出不同的频率。设计过程如下：可用一个多谐振电路产生频率为1KHz的脉冲信号（即T=1ms），然后使用分频器产生10ms 100ms 1s。 多谐振电路可以采用555定时器或者晶体振荡器来完成。本次设计采用555定时器实现，本次设计的精确度要求比较低，而且555定时器组成的多谐振荡起的最高振荡频率只能最多1MHz，而我们将用555定时器产生1Kz的频率，满足在该范围之内。分频器采用10分频，可用74LS90或者74LS160。 图2-1555定时器构成的多谐振振荡器 555多谐振振荡器设计参数：设计一个震荡周期为1ms，输出的占空比 2 3 q
目录 1. 引言 (1) 2．设计任务书 (1) 3. 数字频率计基本原理 (1) 3.1 设计思路 (1) 3.2 原理框图 (2) 4. 设计步骤及实现方法 (2) 4.1 信号拾取与整形 (2) 4.2 计数电路 (3) 4.3 锁存电路 (5) 4.4 译码显示电路 (6) 4.5 时钟电路及波形设计 (7) 5 总体电路图及工作原理 (10) 6 元器件的检测与电路调试缺点分析 (12) 7 心得体会 (12) 参考文献 (13)
1. 引言 数字频率计是一种基础测量仪器，在许多情况下，要对信号的频率进行测量，利用示波器可以粗略测量被测信号的频率，精确测量则要用到数字频率计。本设计项目可以进一步加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计与调试的方法和步骤。
2．设计任务书 1、设计题目：数字频率计 2、设计出一个数字频率计，其技术指标如下： （ 1 ）频率测量范围： 10 ～ 9999Hz 。 （ 2 ）输入电压幅度 >300mV 。 （ 3 ）输入信号波形：任意周期信号。 （ 4 ）显示方式：4位十进制数显示。 （ 5 ）电源： 220V 、 50Hz 。 3、给定仪器设备及元器件 示波器、音频信号发生器、逻辑笔、万用表、数字集成电路测试仪、直流稳压电源。 4．电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。
3. 数字频率计基本原理 3.1 设计思路 （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。 （2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。 （3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。 时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已求得高精度的时钟需求。3.2 原理框图 图3-1 系统框图
数电课程设计报告：频率计 目录 一、设计指标 二、系统概述 1.设计思想 2.可行性论证 3.工作过程 三、单元电路设计及分析 1.器件选择 2.设计及工作原理分析 四、电路的组构及调试 1.遇到的问题 2.现象记录及原因分析 3.解决及结果 4.功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据 五、总结 1.体会 2.电路总图 六、参考文献 一、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。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）测量结果显示四位有效数字，测量精度为万分之一。 2）频率测量范围：100.1Hz——999.9kHz，分为： 第一档： 100.0Hz——999.9Hz 第二档： 1.000kHz——9.999kHz 第三档： 10.00kHz——99.99kHz 第四档： 100.0kHz——999.9kHz 3）量程切换可以采用两个按键SWB、SWA手动切换。 扩展要求： 一、当被测频率大于999.9kHz，超出最大值时，设置亮一个警灯，并同时发出报警声音。 二、自动切换量程 提示： 1.计数器计到9999时，产生溢出信号CO，启动量程加档。 2.显示不足4位有效数字时量程减档。 三、各量程输出信号的频率最高位有效数字为1、2、3、4、5、6、7、8、9。 二、系统概述 1.设计思想 周期性信号频率可通过记录信号在1s内的周期数来确定其频率。
累计标准时间Ts中被测信号的脉冲个数Nx，被测信号频率：fx≈Nx/Ts 测量时间Ts选择：由于测量时间Ts需要根据被测信号的频率切换，所以通常对振荡时钟进行分频以获得不同的定时时间。 采样定时、显示锁存、计数器清零的控制时序波形图 2.可行性论证 用计数器实现记录周期数的功能；用时基信号产生计数时间作为采样时间；用四位动态扫描通过数码管显示结果；因为如果计数器直接把数据输入到数码管显示，那么数码管的数据就会不断变化，累计增加的情况，所以采用锁存器，在每个时间信号内，通过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；为了不要让每次锁存的数据会比上次
目录 第一章技术指标 整体功能要求 系统结构要求 电气指标 扩展指标 设计条件 第二章整体方案设计 算法设计 整体方框图及原理 第三章单元电路设计 时基电路设计 闸门电路设计 控制电路设计 小数点显示电路设计 整体电路图 整机原件清单 第四章测试与调整 时基电路的调测 显示电路的调测 4-3 计数电路的调测 控制电路的调测 整体指标测试 第五章设计小结 设计任务完成情况 问题及改进 心得体会 第一章技术指标
1.整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。 2.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，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 3.电气指标 被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 测量频率范围：分三档： 1Hz~999Hz ~ ~ 测量周期范围：1ms~1s。 测量脉宽范围：1ms~1s。 3.5测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误 差）。 当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 4.扩展指标 要求测量频率值时，1Hz~的精度均为+1。 5.设计条件 电源条件：+5V。 可供选择的元器件范围如下表
门电路、阻容件、发光二极管和转换开关等原件自定。 第二章 整体方案设计 算法设计 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。 被测信号
电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s内被测信号的周期量误差在10 3量级，则要求闸门信号的精度为10 量级。例如，当被测信号为1kHz时，在1s的闸门脉冲期间计数器将计数1000次，由于闸门脉冲精度为10 ，闸门信号的误差不大于，固由此造成的计数误差不会超过1，符合5*10 3的误差要求。进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但是相对误差仍在5*10 3范围内。 整体方框图及原理 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。 频率测量：测量频率的原理框图如图2-3.测量频率共有3个档位。被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。时基信号由RC振荡电路构成一个较稳定的多谐振荡器，经4093整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。 周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间Tx来表示：Tx=NTs 式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。
设计题目：数字频率计的设计与制作 一、课程设计的主要内容与目的 1. 主要内容：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，这就是数字频率计的基本原理。 从数字频率计的基本原理出发，根据设计要求，得到如图1所示的电路框图。 图1 2. 设计目的：（1）掌握数字频率计的工作原理 （2）根据课程设计，熟悉一般产品设计的流程和方法。 （3）重点掌握数字频率计设计的计数部分。 二、主要技术指标 1.频率测量范围：10~9999HZ。 2.输入信号波形：任意周期信号，输入电压幅度>300mv. 3.电源：220V，50HZ。 系统框图中各部分的功能及实现方法 （1）电源与整流稳压电路 框图中的电源采用50Hz的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。系统对电源的要求不高，可以采用串联式稳压电源电路来实现。 （2）全波整流与波形整形电路 本频率计采用市电频率作为标准频率，以获得稳定的基准时间。按国家标准，市电的频率漂移不能超过0.5Hz，即在1％的范围内。用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流，得到如图2（a）所示100Hz的全波整流波形。波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为如图2(b)所示100Hz的矩形波。波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。
电气与信息工程学院 数字频率计 设计报告书 前言 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，是频率测量的重要手段之一。 其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐 述了设计了一个简单的数字频率计的过程。 关键词：频率计，闸门，逻辑控制，计数-锁存
目录 第一章设计目的 第二章设计任务和设计要求 2.1 设计任务及基本要求 2.2.系统结构要求 第三章系统概述 3.1概述 3.2设计原理及方案 第四章单元电路设计及分析 4.1 时基电路 4.2逻辑控制电路 4.3计数电路 4.4锁存电路 4.5显示译码电路 4.6 闸门电路 第五章安装与调试过程 5.1 电路的安装过程 5.2 电路的调试过程 5.3 出现的问题及解决办法 第六章结果分析 第七章收获与体会
第八章元件清单 第九章实现结果实物图 附录A 参考文献 第一章 设计目的： 1.了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理； 2.熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误 差的方法。 3.本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应 用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 4.针对电子线路课程要求，对我们进行实用型电子线路设 计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养我们运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
第二章 设计任务及要求： 2.1设计任务及基本要求： 设计一简易数字频率计，其基本要求是： 1)测量频率范围0～9999Hz； 2)最大读数9999HZ,闸门信号的采样时间为1s；. 3)被测信号可以是正弦波、三角波和方波； 4)显示方式为4位十进制数显示； 5)完成全部设计后，可使用EWB进行仿真，检测试验设计电路的正确性。 2.2.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。 波形 整 形 计 数 器 数 码 显 示 振荡 电 路分 频 器 控 制 门 数 据 锁 存 器 显 示 译 码 器 被测 信 号
2020/9/14 电子课程设计 ——数字频率计
目录 一 . 设计任务与要求 (2) 二 . 总体框图 (2) 2 . 1 题目分析及总体方案确定 (2) 三 . 选择器件 (4) 3 . 1 元件清单列表 (4) 3 . 2各元器件符号及逻辑功能 (5) 四 . 功能模块 (11) 4 . 1 整形电路 (11) 4 . 2 时基电路 (11) 4 . 3 逻辑控制电路 (12) 4 . 4 计数器、锁存器 (13) 4 . 5 译码显示电路 (15) 五 . 总体设计电路图 (15)
一 . 设计任务与要求 数字频率计是用来测量正弦信号、矩形信号、三角波等波形工作频率的仪器，其测量结果用十进制数字显示。具体要求如下： 1．测量频率范围：1Hz~10KHz； 2．数字显示位数：4位数字显示； 3．测量时间：t≤1.5s； 4．被测信号：方波、三角波、正弦波。 二 . 总体框图 2 . 1 题目分析及总体方案确定 频率的测量总的来说有三种方法：直接测量法、直接与间接测量相结合的方法和多周期同步测量法。直接测量法最简单，但测量误差最大；后两种方法测量精度高，但电路复杂。由于该题目没有对测量误差提出特别要求，为简单起见，采用直接测量法。 数字频率计就是直接用十进制的数字来显示被测信号频率。可以测的方波的频率，通过放大整形处理，它可还以测量正弦波、三角波和尖脉冲信号的频率。所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的脉冲个数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的脉冲个数N，则其频率为f=N Hz。 据此可得数字频率计的组成框图如图1—1(a)所示：
1-1(a) 图中的逻辑控制电路有两个作用：一是产生锁存脉冲，使显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，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1-1（b）所示，图中信号由上而下依次是由放大整形电路得到的脉冲信号、时间基准信号、闸门电路输出、锁存脉冲和清零脉冲。
目录 1 技术要求及系统结构 (1) 1.1技术要求 (1) 1.2系统结构 (1) 2设计方案及工作原理 (2) 2.1 算法设计 (2) 2.2 工作原理 (3) 3组成电路设计及其原理 (6) 3.1时基电路设计及其工作原理 (6) 3.2闸门电路设计 (7) 3.3控制电路设计 (8) 3.4小数点控制电路 (9) 3.5整体电路 (10) 3.6 元件清单 (10) 4设计总结 (11) 参考文献 (11) 附录1 (12) 附录2 (17)
摘要 简易数字频率计是一种用四位十进制数字显示被测信号频率（1Hz—100KHz）的数字测量仪器.它的基本功能是测量正弦波，方波，三角波信号，有四个档位（×1，×10，×100，×1000），并能使用数码管显示被测信号数据，本课程设计讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分，记述了在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及在设计过程中的分析，以确保设计出的频率计成功测量被测信号。 关键词：简易数字频率计十进制信号频率数码管工作原理 1技术要求及结构 本设计可以采用中、小规模集成芯片设计制作一个具有下列功能的数字频率测量仪。 1.1技术要求 ⑴要求测量频率范围1Hz－100KHz，量程分为4档，即×1、×10、×100、×1000。 ⑵要求被测量信号可以是正弦波、三角波和方波。 ⑶要求测试结果用数码管表示出来，显示方式为4位十进制。 1.2 系统结构 数字频率计的整体结构要求如图1-1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，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 图1-1 数字频率计系统结构框图 2 设计方案及工作原理 2.1 算法设计
《数字频率计》技术报告 一、问题的提出 在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号频率的变化。而频率计则能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。 数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。 二、解决技术问题及指标要求 1、技术指标
被测信号：正弦波、方波或其他连续信号； 采样时间：1秒（0.1秒、10秒）； 显示时间：1秒（2秒、3秒．．．．．．）； LED显示； 灵敏度：100mV； 测量误差：±1H z。 数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。一般T=1s，所以应要求定时器尽量输出为1s的稳定脉冲。 2、设计要求 可靠性：系统准确可靠。 稳定性：灵敏度不受环境影响。 经济性：成本低。 重复性：尽量减少电路的调试点。 低功耗：功率小，持续时间长。 三、方案可行性分析（方案结构框图） 1、原理框图
课程设计任务书 学生姓名：覃朝光 ___________ 专业班级：通信1103 __________ 指导教师： ___________ 工作单位：信息工程学院 题目：数字频率计的设计与实现 初始条件： 本设il?既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形 电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。用数码管显示频率汁数值。 要求完成的主要任务：（包括课程设讣工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）仁课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）设计一个频率讣。要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz. 2）测量频率范围:10~9999HZo 3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 4）测量信号幅值：0.5~5V° 5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。 6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设讼分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全 文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排: 仁2013年5月17日,布宜课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013年6月18日至2013年6月22日,方案选择和电路设计。 3、2013 年6月22日至2013 年7月1日,电路调试和设计说明书撰写。 4、2013年7月5日,上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 word
武汉理匸大学$数字电子电路》课程设讣说明书 目录 摘要 (3) 1电路的设计思路与原理 (4) 1.1电路设计方案的选择 (4) 1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4) 1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (4) 1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (5) 1.1.4方案确定 (6) 1.2原理及技术指标 (6) 1.3单元电路设计及参数计算 (8) 1.3.1时基电路 (8) 1.3.2放大整形电路 (9) 1.3.3逻辑控制电路 (9) 1.3.4计数器 (11) 1.3.5锁存器 (12) 1.3.6译码电路 (13) 2仿真结果及分析 (13) 2.1仿其总图 (13) 2.2单个元电路仿真图 (14) 2.3测试结果 (16) 3测试的数据和理论计算的比较分析 (16) 4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (16) 4.1故障a (17) 4.2故障b (17) 4.3故障c (17) 4.4故障d (17) 4.5故障e (18) 5心得体会 (18) 2
前言 (3) 一、总体设计 (4) 二、硬件设计 (6) AT89C51单片机及其引脚说明： (6) 显示原理 (8) 技术参数 (10) 电参数表 (10) 时序特性表 (11) 模块引脚功能表 (12) 三、软件设计 (12) 四、调试说明 (15) 五、使用说明 (17) 结论 (17) 参考文献 (18)
附录 (19) Ⅰ、系统电路图 (19) Ⅱ、程序清单 (20)
前言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用在生活中至关重要。 随着电子信息产业的不断发展,信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行缓慢，而且测量频率的范围比较小.考虑到上述问题，本论文设计一个基于单片机技术的数字频率计。首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数,获得频率值；最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
一、总体设计 用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量. 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N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率f x。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s,则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s.闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭,计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。 本系统采用测量频率法,可将频率脉冲直接连接到AT89C51的T0端，将T/C1用做定时器。T/C0用做计数器。在T/C1定时的时间里，对频率脉冲进行计数。在1S定时内所计脉冲数即是该脉冲的频率。见图1: 图1测量时序图 由于T0并不与T1同步,并且有可能造成脉冲丢失，所以对计数器T0做一定的延时，以矫正误差。具体延时时间根据具体实验确定。 根据频率的定义，频率是单位时间内信号波的个数，因此采用上述各种方案
课程设计任务书 学生姓名：覃朝光专业班级：通信1103 指导教师：工作单位：信息工程学院 题目: 数字频率计的设计与实现 初始条件： 本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建简易频率计。用数码管显示频率计数值。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、课程设计工作量：1周。 2、技术要求： 1）设计一个频率计。要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。 2）测量频率范围：10~9999Hz。 3）测量信号类型：正弦波、方波和三角波。 4）测量信号幅值：0.5~5V。 5）设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1s。 6）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 1、2013年5 月17日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2013 年 6 月18 日至2013 年6 月22 日，方案选择和电路设计。 3、2013 年6 月22 日至2013 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。 4、2013年7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (3) 1电路的设计思路与原理 (4) 1.1电路设计方案的选择 (4) 1.1.1方案一：利用单片机制作频率计 (4) 1.1.2方案二：利用锁存器与计数器制作频率计 (5) 1.1.3方案三：利用定时电路与计数器制作频率计 (5) 1.1.4方案确定 (6) 1.2 原理及技术指标 (6) 1.3 单元电路设计及参数计算 (8) 1.3.1时基电路 (8) 1.3.2放大整形电路 (9) 1.3.3逻辑控制电路 (9) 1.3.4计数器 (11) 1.3.5锁存器 (12) 1.3.6译码电路 (13) 2仿真结果及分析 (13) 2.1仿真总图 (13) 2.2单个元电路仿真图 (14) 2.3测试结果 (17) 3测试的数据和理论计算的比较分析 (17) 4制作与调试中出现的故障、原因及排除方法 (17) 4.1故障a (17) 4.2故障b (18) 4.3故障c (18) 4.4故障d (18) 4.5故障e (18) 5 心得体会 (19)
简易数字频率计课程设计 Prepared on 22 November 2020
简易频率计设计 摘要 在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，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，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。常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计 关键字：时序控制频率，数字频率计，555电路 目录
1绪论 课题描述 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，方波。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。通过时基电路及控制电路锁存器将最终频率稳定的显示在数码管上[1]。 设计任务与要求 1.频率测量范围：10～9999Hz； 2.输入电压幅度>300mV； 3.输入信号波形：任意周期信号； 4.显示位数：4 位； 5.电源： 220V 、 50Hz； 6．对所设计电路进行仿真分析。 7．编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 基本工作原理及框图 建议频率计电路框图如图1所示。
数字频率计逻辑电路设计 一﹑简述 在进行模拟﹑数字电路的设计﹑安装和调试过程中，经常要用到数字频率计。 数字频率计实际上就是一个脉冲计数器，即在单位时间里（如1秒）所统计的脉冲个数，如图3.1计数时序波形图所示。频率数即为在1秒内通过与门的脉冲个数。 图3.1(a)门控计数 图3.1(b)门控序列 通常频率计是由输入整形电路﹑时钟振荡器﹑分频器﹑量程选择开关﹑计数器﹑显示器等组成。如图3.2所示。
图3.2 方框图 图3.2中，由于计数信号必须为方波信号，所以要用史密特触发器对输入波形进行整形，分频器输出的信号必须为1Hz，即脉冲宽度为1秒，这个秒脉冲加到与门上，就能检测到待测信号在1秒内通过与门的个数。脉冲个数由计数器计数，结果由七段显示器显示。二﹑设计任务和要求 设计一个八位的频率计数器逻辑控制线路，具体任务和要求如下： 1. 八位十进制数字显示。 2. 测显范围为1Hz~10MHz。 3. 量程分为四档，分别为*1000﹑*100﹑*10﹑*1。 三﹑可选用器材 1. NET系列数字电子技术实验系统 2. 直流稳压电源
3. 集成电路：频率计数器专用芯片ICM7216B，74LS93，74LS123，74LS390，7555及门电路 4. 晶振：8MHz，10MHz 5. 数显：CL102，CL002，LC5011—11 6. 电阻﹑电容等 四﹑设计方案提示 数字频率计可分为三部分进行考虑： 1. 计数﹑译码﹑显示 这一部分是频率计数器不可少的。即外部整形后的脉冲。通过计数器在单位时间里进行计数﹑译码和显示。计数器选用十进制的中规模（TTL/CMOS）集成计数器均可，译码显示可采用共阴或共阳的配套器件。例如计数器选用74LS161，译码器为74LS248，数显器为LC5011—11。也可选用四合一计数﹑寄存﹑译码﹑显示CL102或专用大规模频率计数器ICM7216芯片等。 中规模组成的计数﹑译码显示和四合一的数显。我们在基本实验和前几个课题中都已使用过，使用时，可参阅有关章节。下面介绍一下专用八位通用频率计数器ICM7216的特点及性能。 ICM7216是用COMS工艺制造的专用数字集成电路，专用于频率﹑周期﹑时间等测量。ICM7216为28管脚，其电源电压为5V。针对不同的使用条件和用途，ICM7216有四种类型产品，其中显示方式为共阴极LED显示器的为ICM7216 B型和D型，而显示方式为共阳极LED显示器的为ICM7216 A型和C型。图3.3为ICM7216B型的外管脚排列图。A﹑
简易数字频率计的设计与制作 作者:赵玉龙 【摘要】:本设计是基于单片机内部的两个定时器/计数器与外围硬件相结合,并通过一定的软件控制达到测量频率的目的的简易数字频率计，可以直接精确测量1KHZ到65.535KHZ的频率范围。本设计的优点在于直接利用单片机进行频率的测量，更加的方便，实用。 【关键词】:单片机频率测量
前言 单片机即单片微控制器单元,由微处理器,存储器,I/O接口,定时器/计数器等电路集成在一块芯片上构成,现在应用于工业控制,家用民用电器以及智能化仪器仪表,计算机网络,外设,通信技术中,具有体积小、重量轻、性价比高、功耗低等特点, 同时具有较高的抗干扰性与可靠性可供设计开发人员灵活的运用各种逻辑操作,实现实时控制和进行必要的运算.目前单片机更朝着大容量、高性能与小容量、低廉化、外围电路内装化以及I/O接口的增强和能耗降低等方向发展.本设计的意义在于如何利用较少的硬件达到直接测量较高精度频率的目的，更加的方便，快捷，相对于传统的数字频率计实用性更高。
第一章 系统硬件电路的设计 1.1方案的选择: 方案一.采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路来构成，利用555多谐振荡产生闸门时间，两个D 触发器来进行门控信号的选择，数码管,以及其他硬件电路组成。 方案二.利用一块AT89C51单片机芯片直接来驱动数码管。 比较方案一与方案二在实现功能一样的情况下,我们可以发现纯粹利用硬件电路来实现不仅产品体积较大，运行速度慢,而且增加了许多的硬件成本,而利用单片机体积小、功能强、性能价格比较高等特点,在实际使用时节约了很多的硬件成本,符合设计的要求,故而本设计选择方案二来实现频率的测量. 1.2系统功能分析 本系统是基于单片机的简易数字频率计，在硬件的基础上通过软件的控制 达到频率测量的目的，整个系统工作由软件程序控制运行。整个系统主要可以分为两个部分，频率测量单元和频率显示单元。频率测量单元主要完成对被测信号的测量，而显示单元主要完成用数码形式将测量结果显示出来。 1.3.系统的方框图: 被测信号通过单片机的内部处理，完成对被测信号的测量，经过转换以数字形式显示出来。 图一 系统方框图 具体情况如下： 将单片机定时/计数器0设置成定时器方式,由它对单片机机器周期信号计数定时,形成时间间隔T,去控制单片机定时/计数器1的启动和停止, 单片机定时计数器1设置成计数器方式,由它对被测信号计数. 这里需要说明能够的是单片机内的两个定时/计数器在同一时刻不能既作为计数器使用又作为定时器使用,如设置成定时器模式就不能作为计数器使用;如设置成计数器模式就不能作为定时器使用. 1.4.各功能部件单元电路设计
电子线路课程设计报告 姓名： 学号： 专业：电子信息 日期：2014.4.13 南京理工大学紫金学院电光系 2014-4-13
引言 《电子线路课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。 该课程主要内容： （1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念； （2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。 （3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：包括放大器、滤波器、比较器、光电耦合器、单稳、逻辑控制、计数和显示电路等。 （4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。 （5）电子线路课程设计课题： 设计并制作一个基于模电和数电的简易数字频率计。
目录 第一章设计要求................................................. 1.1 基本要求........................................... 1.2 提高部分........................................... 1.3 设计报告........................................... 第二章整体方案设计............................................. 2.1 算法设计........................................... 2.2 整体方框图及原理................................... 第三章单元电路设计............................................. 3.1 模电部分设计....................................... 3.1.1 放大电路........................................ 3.1.2 滤波电路........................................ 3.1.3 比较电路........................................ 3.1.4 模电总体电路.................................... 3.2 数电部分设计....................................... 3.2.1 时基电路........................................ 3.2.2 单稳态电路...................................... 3.2.3 计数、译码、显示电路............................ 3.2.4 数电总体电路.................................... 第四章测试与调整............................................... 4.1 时基电路的调测..................................... 4.2 计数电路的调测..................................... 4.3 显示电路的调测..................................... 第五章设计小结................................................. 5.1 设计任务完成情况................................... 5.2心得体会...........................................