电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering电子技术Electronic Technology一种10M Hz数字频率计设计电路与工作原理欧小东(郴州综合职业中专学校湖南省郴州市423000 )摘要：本文针对本、专科院校的数字电路实训项目，设计并制作了一种完全符合设计要求的10M H z数字频率计，可以实现频率范围 为1Hz ~ 9. 99999M H z的正弦波、锯齿波、方波等波形频率的测量，具备数码显示、量程选择等功能，该设计电路具有性能完善、可靠性高、实用性强的特点，非常适合本、专科院校的理论与实训制作教学。
关键词：数字频率计；振荡与分频器；锁存控制；计数器频率是电工、电子课程中最重要的基本参量之一，数字频率计是电子测量与仪表中最基础的一种测量并显示单位时间内的脉冲个 数的数字仪表，由于其使用十进制数显示，测量迅速，显示直观，所以是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可或缺的测 量仪器。
频率计的设计方案很多，或基于数字电路，或基于单片机 系统。
本文公开的是一种基于数字电路来设计的数字频率计。
1数字频率计的脉冲计数原理数字频率计脉冲个数计数原理方框图m如图1所示。
工作原理：测量前先将计数器复位（清零），然后将待测脉冲 和12+=15的阐门脉冲一起加到电控与门（阐门）。
在12〜1,期间，阐门开通并输出被测信号脉冲，此脉冲送至计数器计数，计数值就 是12〜^期间被测脉冲个数N。
根据频率和周期的定义可知，待测 脉冲频率和周期分别为：r2~l\ *f N阐门脉冲产生电路作为信号源，提供基准。
实际上，阐门脉冲 发生器是一个能对晶体谐振器产生的高频信号实施整形，并经多次 分频形成基准秒脉冲的电路。
该信号与待测脉冲一同进入阐门，只有在脉冲存在期间的那一部分，才能通过阐门，这就锁定了 I s的待测脉冲数。
最后经过计数、译码、显示电路的作用显示出频率数。
HC－F1000L多功能计数器概述HC－F1000L／M多功能计数器（以下简称本仪器）是采用单片机对测量进行智能化控制和数据处理的多功能计数器，测量范围为数码管进行显示，具有四种测量功能，采用低功耗线路设计。
实现全频段等精度测量。
等数位显示（本机基础为10MHz等精度计数器）。
内部晶体振荡器稳定性高，保证仪器的测量精度和全输入信号的测量。
具有体积小、灵敏度高、极高的性能价格比等优点。
本仪器有四个主要功能：A通道测频、通道测频、A通道测周期及A通道具有输入信号衰减、低通滤器功能。
本仪器可广泛应用于实验室、工矿企业、大专院校、生产调试以及无线通信设备维修之用。
高灵敏度的测量设计可满足通信领域超高频信号的正确测量，并取得最好的测量效果。
在使用本仪器以前，建议通道并弄懂本说明书，以便正确操作。
技术参数2.1频率测量范围A通道：1z~100MHzB通道：100MHz~1000MH z（最高可达1200NHz）2.2周期测量范围（仅限于A通道）A通道：1Hz~10MHz2.3计数频率及容量（仅限于A通话）频率：1Hz~10MHz容量：108－12.4输入阻抗A通道：R≈1MΩC≤35PfB通道：50Ω2.5输入灵敏度A通道：1Hz~10Hz 优于50mV rms（仅供参考）10Hz~80MHz优于20mV rms80Hz~100MHz优于30mV rmsB通道：100Hz~1000MH z 优于20mV rms1000Hz~1200MH z 优于50mV rms（仅供参考）2.6闸门时间预选：0.01s；1 s或保持2.7输入衰减（仅限于通道）A通道：×1或20固定2.8输入低通滤波器（仅限于A通道）2.8.1截止频率：≈100KHz2.8.2衰减：≈3Db（100 KHz频率点，输入幅度不得<30mVrm s）2.9最大安全电压A通道：250V（直流和交流之和；衰减置×20档）B通道：3V2.10准确度±时基准确度±触发误差×被测频率（或被测周期）±LSD其中：LSD＝×被测―――频率（或被测周期）2.11时基2.11.1标称频率：10 MHz2.11.2频率稳定度：优于5×10-6/d2.12时基输出2.12.1标称频率：10 MHz2.12.2输出幅度（空载）“0”电平：0V~0.8V“1”电平:3V~5V2.13显示2.13.1八位0.4寸红色发光数码管并带有十进制小数点显示。
AT89C51单片机频率计的设计摘要基于在电子领域内,频率是一种最基本的参数,并与其他许多电参量的测量方案和测量结果都有着十分密切的关系。
由于频率信号抗干扰能力强、易于传输，可以获得较高的测量精度。
因此,频率的测量就显得尤为重要，测频方法的研究越来越受到重视。
频率计作为测量仪器的一种，常称为电子计数器，它的基本功能是测量信号的频率和周期频率计的应用范围很广,它不仅应用于一般的简单仪器测量,而且还广泛应用于教学、科研、高精度仪器测量、工业控制等其它领域。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是单片机的出现和发展，使传统的电子侧量仪器在原理、功能、精度及自动化水平等方面都发生了巨大的变化，形成一种完全突破传统概念的新一代侧量仪器。
频率计广泛采用了高速集成电路和大规模集成电路，使仪器在小型化、耗电、可靠性等方面都发生了重大的变化。
目前,市场上有各种多功能、高精度、高频率的数字频率计,但价格不菲。
为适应实际工作的需要,本次设计给出了一种较小规模和单片机(AT89C51)相结合的频率计的设计方案,不但切实可行,而且体积小、设计简单、成本低、精度高、可测频带宽，大大降低了设计成本和实现复杂度。
频率计的硬件电路是用Ptotues绘图软件绘制而成，软件部分的单片机控制程序，是以KeilC做为开发工具用汇编语言编写而成，而频率计的实现则是选用Ptotues仿真软件来进行模拟和测试。
关键词：单片机；AT89C51；频率计；汇编语言选题的目的意义数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
其基本原理就是用闸门计数的方式测量脉冲个数。
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。
. I目录前言01. 总体设计方案11.1总体设计方案12. 单元模块设计12.1十进制计数器设计12.1.1 十进制计数器原件t10设计12.1.2 位十进制计数器的顶层设计22.2闸门控制模块EDA设计32.2.1 定时信号模块Timer32.2.2 控制信号发生器模块T_con42.3译码显示模块42.3.1 显示存放器设计42.3.2 译码扫描显示电路52.3.3 译码显示模块的顶层电路设计73. 软件测试83.1测试的环境83.2调试和器件编程84. 设计总结85. 参考文献9前言在电子技术高度开展的今天，各种电子产品层出不穷，而频率作为设计的最根本的参数之一，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的自动化等优点。
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，它的根本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号以及其它各种单位时间变化的物理量。
当今国外厂家生产的数字频率计在功能和性能方面都比拟优良，而且还在不断开展中，但其构造比拟复杂，价位也比拟高，在测量精准度要求比拟低的测量场合，使用这些数字频率计就不够经济合算。
我所设计的这款数字频率计能够可靠实现频率显示功能，原理及构造也比拟简单本次所做的课程设计就是一个数字频率计，能测量1HZ～9999HZ的矩形波信号，并正确地显示所测信号的频率值。
数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比拟复杂，而且会产生比拟大的延时，造成测量误差、可靠性差。
随着现场可编程门阵列FPGA 的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。
采用FPGA现场可编程门阵列为控制核心，通过硬件描述语言VHDL编程，在Quartus‖仿真平台上编译、仿真、调试，并下载到FPGA芯片上，通过严格的测试后，能够较准确地测量各种常用的波形信号的频率，而且还能对其他多种物理量进展测量。
