数字频率计设计
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。
电子技术课程设计(数字频率计的设计)
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。
数字式频率计设计
数字式频率计的设计摘要在电子技术中，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，因此频率的测量显得更为重要。
数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。
数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。
数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。
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。
本次设计的数字频率计以555为核心，采用直接测频法测频，能够测量正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等。
根据显示的频率范围，用4片10进制的计数器构成1000进制对输入的被测脉冲进行计数；根据输入信号的幅值要求，所以要经过衰减与放大电路进行检查被测脉冲的幅值；由于被测的波形是各种不同的波，而后面的闸门或计数电路要求被测的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路，通过这些整体要求，由显示部分，计数部分，逻辑控制部分，时基电路部分，构成简易的频率计的设计。
目录一．设计任务和要求 (3)1.设计任务 (3)2.设计要求 (3)二．系统设计 (4)1.系统要求 (4)2. 方案设计 (5)3.系统工作原理 (6)三．单元电路设计 (8)1.时基电路部分 (8)2.计数显示部分电路 (11)3.控制电路设计如下 (14)四．电路仿真分析 (15)五．元器件的选择及参数确定 (17)1.电路调试 (17)2系统功能及性能测试 (18)3.电路安装 (20)4.调试 (21)参考文献 (25)总结及体会 (26)附录 (28)一．设计任务和要求1.设计任务设计一个数字式频率计。
2.设计要求1、能够测量正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等周期性信号的频率；2、能直接用十进制数字显示测得的频率；3、频率测量范围：1HZ—10KHZ且量程能自动切换；4、输入信号幅度范围为0.5—5V，要求仪器自动适应5、测量时间：t≼1.5s6、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）7、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。
数字频率计设计VHDL
实验十八数字频率计实验目的在MagicSOPC 实验箱上实现8位十进制频率计的设计。
被测信号从CLOCK0（数字信号时钟源）输入，经过检测后测得的频率值用数码管1~8显示。
实验器材1、SOPC实验箱2、计算机（装有Quartus II 7.0软件）实验预习1、了解数字频率计设计原理各主要模块的设计方法。
2、提前预习，编写好主模块的VHDL程序。
实验原理频率即信号1s内振动次数，因此测定信号的频率必须有一个脉宽为1秒的输入信号作为计数允许的信号；1 秒计数结束后，计数值锁入锁存器，并为下一测频计数周期作准备的计数器清零。
数字频率计框图如图18.1所示。
由控制、计数、锁存、译码显示四部分组成。
工作原理为：控制信号产生电路对系统时钟分频后产生0.5Hz的门控信号gate，锁存允许信号LE,清零信号MR。
当gate为高电平时，计数器对被测信号cin进行计数；1s后gate变为低电平，计数器停止计数；当gate为低电平、LE上升沿这两个条件同时满足时，锁存电路将32位计数结果锁存送译码显示电路；当gate为低电平、MR上升沿这两个条件同时满足时，计数器清零，为下一次计数做准备。
各信号之间的时序关系见图18.2所示。
图18.1 数字频率计框图1、控制信号产生电路：根据选定的输入时钟信号设定分频系数，要求输出0.5Hz门控信号gate、1Hz锁存允许信号LE和1Hz清零信号MR。
这几个信号控制整个系统的工作，非常关键，要求先锁存后清零，否则计数结果可能丢失，参考时序图18.2所示。
2、计数模块：定义十进制计数器元件，有cp（时钟输入）、MR（清零输入，上升沿有效）、gate（门控信号）三个个输入引脚，Q0~Q3、co（进位）5个输出引脚。
功能定义为gate为高电平时在cp上升沿计数；gate为低MR为高时清零。
利用元件调用的方法组成8位十进制计数器3、锁存电路：设计一32位锁存器，定义gate（门控信号）、LE（锁存允许，上升沿有效）d0~d31共34个输入引脚；Q0~Q31共32个输出引脚。
数字频率计的VHDL设计
课程设计题目、内容、要求目录1 课程设计题目、内容与要求……………………………………1.1 设计内容……………………………………………………1.2 具体要求……………………………………………………2 系统设计…………………………………………………………2.1 设计思路……………………………………………………2.2 系统原理与设计说明3 系统实现…………………………………………………………4 系统仿真…………………………………………………………5 硬件验证（操作）说明…………………………………………6 总结……………………………………………………………7 参考书目………………………………………………………1 课程设计题目、内容与要求1.1课程设计的题目：数字频率计设计1.2课程设计内容：（1）设计一个能测量方波信号的频率计；（2）测量范围是0-999999Hz；（3）结果用十进制数显示。
2 系统设计2.1设计思路：2.1.1 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.它的基本功能是测量方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。
本数字频率计采用自顶向下的设计思想，通过闸门提供的1s闸门时间对被测信号进行计数及测出的被测信号的频率，测出的频率再通过译码器译码后输出给显示器显示。
根据系统设计的要求，数字频率计的电路原理框图如下：数字频率计电路原理框图2.2 系统原理与设计说明系统各个模块的功能如下：2．2．1标准时钟发生电路模块借用实验板上标准时钟发生电路，为计数闸门控制电路提供一个标准8Hz信号。
2．2．2 计数器闸门控制电路模块计数器闸门控制电路就是产生三个控制信号，即计数器复位信号、4位十进制计数器允许计数信号、锁存信号。
2.2.3锁存电路模块锁存电路就是为了让LED数码管在信号来临之前保持计数值不变。
2.2.4计数器复位电路模块计数器复位电路是让频率计恢复到计数初始态。
2.2.5 LED数码管驱动电路模块LED数码管驱动电路就是为LED数码管提供驱动电压。
数字频率计的设计与实现
目录1. 引言 (1)2．设计任务书 (2)3. 数字频率计基本原理 (3)3.1 设计思路 (3)3.2 原理框图 (3)4. 设计步骤及实现方法 (4)4.1 信号拾取与整形 (4)4.2 计数电路 (5)4.3锁存电路 (6)4.4 译码显示电路 (7)4.5 时钟电路及波形设计 (9)5 总体电路图及工作原理 (13)6 元器件的检测与电路调试缺点分析 (14)7 心得体会 (15)参考文献 (16)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。
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(。
数字频率计设计报告
数字频率计设计报告数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器，广泛应用于电子领域。
本文将针对数字频率计的原理、工作方式以及应用进行详细介绍。
一、引言数字频率计是一种基于数字信号处理技术的测量仪器，它能够精确地测量信号的频率。
它广泛应用于通信、无线电、音频和视频等领域，对于各种信号的频率测量具有重要意义。
二、原理数字频率计的测量原理基于信号的周期性特征。
当一个信号通过数字频率计时，它会被转换成数字信号，并通过计数器进行计数。
通过计数器的计数结果和时间基准的参考值进行比较，就可以得到信号的频率。
三、工作方式数字频率计的工作方式通常分为两种：直接计数法和间接计数法。
1. 直接计数法：该方法直接对信号进行计数，通过计数器对信号的脉冲进行计数，并将计数结果进行处理得到频率值。
这种方法简单直接，但对于高频率信号的计数精度较低。
2. 间接计数法：该方法通过将信号的频率分频至低频范围内进行计数。
通过将高频信号分频后再进行计数，可以提高测量的精度。
四、应用数字频率计在各个领域都有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 通信领域：数字频率计在通信系统中被用于测量信号的载波频率，确保信号的稳定传输。
同时，数字频率计还可以用于频率偏移的测量，以评估通信系统的性能。
2. 无线电领域：数字频率计被用于测量无线电频率，对于射频信号的测量具有重要意义。
它可以用于无线电台站的调试和维护，以确保无线电信号的质量和稳定性。
3. 音频和视频领域：数字频率计在音频和视频设备的校准和测试中被广泛应用。
它可以测量音频和视频信号的频率，以确保音频和视频设备的正常工作。
4. 科学研究领域：数字频率计在科学研究中也起到了重要的作用。
比如，在天文学研究中，数字频率计可以用于测量天体的射电信号频率，从而研究宇宙的演化和结构。
五、总结数字频率计作为一种精确测量信号频率的仪器，在电子领域中有着广泛的应用。
本文从原理、工作方式和应用等方面对数字频率计进行了详细介绍。
数字频率计设计报告
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。
数字频率计的设计说明书
数显频率计设计任务书⑴硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计。
⑵软件设计：根据硬件设计完成显示功能要求，完成控制软件的编写与调试；⑶功能要求：用89C51单片机的定时器/计数器的定时和计数功能，外部扩展6 位LED数码管，要求累计每秒进入单片机的外部脉冲个数，用LED数码管显示出来。
目录摘要............................................................................................................ .. (4)1. 绪论............................................................................................................ . (4)2. 设计要求及方案选 (6)1.1 设计要求 (6)1.2 方案选择 (6)3．系统电路设计 (7)3.1 基于单片机的数字频率计的原理 (7)3.2 单片机的概述及引脚说明 (8)3.3 单片机的最小系统 (9)3.4 单片机的定时\计数 (9)3.5 定时器\计数器的四种工作方式 (10)3.6 主要程序段及软件流程图设计 (12)3.6.1 流程图 (12)3.6.2 源程序 (14)结论............................................................................................................ (16)致谢......................................................................................................... .. (17)参考文献................................................................................................................. . (18)附录........................................................................................................... .. (19)摘要频率是电子技术领域中最基本的参数之一，在许多测量方案以及测量结果中都会涉及到频率测量的相关问题，频率精确测量的重要性显而易见。
数字频率计课程设计报告
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》。
简易数字频率计设计报告
根据系统设计要求， 需要实现一个 4 位十进制数字频率计， 其原理框 图如图 1 所示。
主要由脉冲发生器电路、 测频控制信号发生器电路、 待测 信号计数模块电路、 锁存器、 七段译码驱动电路及扫描显示电路等模块组 成。
由于是4位十进制数字频率计， 所以计数器CNT10需用4个，7段显示译 码器也需用4个。
频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个 数。
为此，测频控制信号发生器 F_IN_CNT 应设置一个控制信号时钟CLK ， 一个计数使能信号输出端EN 、一个与EN 输出信号反 向的锁存输出信号 LOCK 和清零输出信号CLR 。
若CLK 的输入频率为1HZ ，则输出信号端EN 输出 一个脉宽恰好为1秒的周期信号， 可以 作为闸门信号用。
由它对频率计的 每一个计数器的使能端进行同步控制。
当EN 高电平时允许计数， 低电平时 住手计数，并保持所计的数。
在住手计数期间，锁存信号LOCK 的上跳沿 将计数器在前1秒钟的计数值锁存进4位锁存器LOCK ，由7段译码器译出 并稳定显示。
设置锁存器的好处是： 显示的数据稳定， 不会由于周期性的标准时钟 CLKEN待测信号计数电路脉冲发 生器待测信号F_INLOCK锁存与译 码显示驱 动电路测频控制信 号发生电路CLR扫描控制数码显示清零信号而不断闪烁。
锁存信号之后，清零信号CLR对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。
时基产生与测频时序控制电路主要产生计数允许信号EN、清零信号CLR 和锁存信号LOCK。
其VHDL 程序清单如下：--CLK_SX_CTRLLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CLK_SX_CTRL ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOCK: OUT STD_LOGIC;EN: OUT STD_LOGIC;CLR: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF CLK_SX_CTRL ISSIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THENIF Q="1111"THENQ<="0000";ELSEQ<=Q+'1';END IF;END IF;EN<=NOT Q(3);LOCK<=Q(3)AND NOT(Q(2))AND Q(1);CLR<=Q(3)AND Q(2)AND NOT(Q(1));END PROCESS;END ART;测频时序控制电路：为实现系统功能,控制电路模块需输出三个信号：一是控制计数器允许对被测信号计数的信号EN；二是将前一秒计数器的计数值存入锁存的锁存信号LOCK；三是为下一个周期计数做准备的计数器清零信号CLR。
数字频率计课程设计
数字频率计课程设计数字频率计是一种非常重要的测量工具，广泛应用于电子工业、通讯工业以及制造业等领域。
数字频率计通过测量电路中的信号频率来实现不同参数的测试与监测，其准确性和稳定性对于工程领域的研究和发展十分关键。
本文将重点介绍数字频率计的课程设计，探讨如何设计电路，实现数据传输和实时监测等应用。
一、课程设计目标数字频率计课程设计的主要目标是在生产及实际应用环境中，通过培训学生，掌握实验室常用的数字频率计技术，了解数字频率计的原理和基本结构，并利用前沿的技术手段设计和实现数字频率计电路，提高学生的创造力和应用技能。
二、设计思路数字频率计的主要核心部件是计数器和稳幅环，这些部件通过统计信号波形中某个时间内的脉冲数量，来计算出信号的周期和频率。
计数器是用来记录信号脉冲的个数，而稳幅环则可以把信号的幅度调节到一个合适的范围内。
基于此思路，我们可以设计如下的数字频率计电路：1.信号调制电路。
我们需要一个可以随时控制信号频率的调制电路。
这个电路可以选择使用集成电路，比如CD4016、CD4066等双四通开关，来实现频率的调节和切换。
2.信号放大电路。
信号放大电路是用来扩大信号幅度，提高电路的灵敏度以及准确度。
我们可以选择使用开关型放大器（SW amplifier）或运算放大器（OP amplifier）来实现信号的放大。
3.计数器。
计数器可以实现对输入信号的频率统计和计数。
我们可以使用CD4040或CD4060等集成电路，通过它们提供的分频功能，快速实现计数的操作。
4.显示器和控制器。
这个承担数字频率计的显示和调控功能。
可以选择使用LED或OLED等显示器，在页面上实时显示所测出的数据，方便使用者观察。
三、具体实现在实际电路的设计中，我们可以选择使用各种器件，例如数字信号调制芯片、差分放大器、计数电路和显示器等。
我们可以通过直接组装和布线的方式，将它们连接在一起，并使用面包板或印刷电路板等载体进行固定。
在实验中，我们可以利用函数信号发生器作为数字频率计的输入源，通过不断调整方式，提高完成器件间的传输，并逐渐实现对信号的稳定控制。
数字频率计设计
数字频率计设计一、设计任务与要求1设计任务设计并实现一个数字频率计。
2、基本要求：(1)测频率范围：10Hz ~ 10K Hz。
为保证测量精度分为三个频段：10Hz ~ 100 Hz100Hz ~ 1K Hz1 K Hz ~ 10K Hz当信号频率超过规定的频段上限时，设有超量程指示。
三个频段之间用手动切换。
(2)输入波形：低频函数信号发生器输出的方波，幅度为5V。
(3)测量误差：(r<± 1%。
(4)显示和响应时间：测量结果用三位半导体数码管显示，要求显示数码稳定清晰。
三个频段的最大显示数分别为99.9 Hz, 999. Hz , 9.99 K Hz ,为此需要控制小数点位置，并用两个发光二极管分别显示频率单位：Hz或K Hz，详见表2.2。
表2.2.13、扩展要求实现量程的自动转换。
二、基本工作原理频率测量的方法常用的有测频法和测周法两种。
(1)测频法测频法的基本思想是让计数器在闸门信号的控制下计数1秒时间，计数结果是1秒内被测信号的周期数，即被测信号的频率。
若被测信号不是矩形脉冲，则应先变换成同频率的矩形脉冲。
测频法的原理框图如图2-2-1所示。
图中，秒脉冲作为闸门信号，当其为高电平时，计数器计数；低电平时，计数器停止计数。
显然，在同样的闸门信号作用下，被测信号的频率越高，测量误差越小。
当被测频率一定时，闸门信号高电平的时间越长，测量误差越小。
但是闸门信号周期越长，测量的响应时间也越长。
例如，闸门信号高电平时间为1秒，被测信号频率的真值为2Hz，如图2-2-2所示。
由图2-2-1频率测量原理框图图可知，无论被测信号的频率是多少，测量时可能产生的最大绝对误差均为土1Hz，即f 测-f 真=± 1Hz所以，最大相对误差为(T max= ( f 测-f 真) / f 真=± 1/ f 真由上式可知，在闸门信号相同时，测频法的相对误差与被测信号的频率成反比。
因此测频法适合于测量频率较高的信号。
数字频率计(51单片机)
数字频率计(51单片机)数字频率计（51单片机）数字频率计（Digital Frequency Counter）是一种常用的电子测量仪器，可用于测量信号的频率。
在本文中，我们将介绍如何使用51单片机实现一个简单的数字频率计。
一、原理简介数字频率计的基本原理是通过计算信号波形周期内的脉冲数来确定频率。
在实际应用中，我们通常使用51单片机作为微控制器，通过计数器和定时器模块来实现频率计算。
二、硬件设计1.信号输入首先，我们需要将待测信号输入到频率计中。
可以使用一个输入接口电路，将信号连接到51单片机的IO口上。
2.计时模块我们需要使用51单片机的定时器/计数器来进行计时操作。
在这里，我们选择使用定时器0来进行计数，同时可以利用定时器1来进行溢出次数的计数，以扩展计数范围。
3.显示模块为了显示测量结果，我们可以使用数码管、LCD液晶显示屏等显示模块。
通过将结果以可视化的方式呈现，方便用户进行观察和读数。
三、软件设计1.定时器配置首先，我们需要对定时器进行配置，以确定计时器的计数间隔。
通过设置定时器的工作模式、计数范围和时钟频率等参数，可以控制定时器的计数精度和溢出时间。
2.中断服务程序当定时器溢出时，会触发中断，通过编写中断服务程序，实现对计数器的相应操作，例如将计数值累加，记录溢出次数等。
3.数字频率计算根据计数器的值和溢出次数，我们可以计算出信号的频率。
通过简单的公式计算，即可得到测量结果。
四、实验步骤1.搭建硬件电路，将待测信号连接到51单片机的IO口上，并连接显示模块。
2.根据硬件设计要求，配置定时器的工作模式和计数范围。
3.编写中断服务程序，实现对计数器的相应操作。
4.编写主程序，实现数字频率计算和显示。
5.下载程序到51单片机，进行测试。
五、实验结果与分析通过实验，我们可以得到信号的频率测量结果，并将结果以数码管或LCD屏幕的形式进行显示。
通过对比实际频率和测量频率，可以评估数字频率计的准确性和稳定性。
数字频率计设计任务书
课程设计任务书设计题目：数字频率计设计设计内容与要求：设计内容：设计一个数字频率计，测频范围1HZ至1KHZ。
要求：1、设计控制器，控制计数器计数和锁存器锁存计数值。
2、设计计数器，用于对待测信号计数。
3、设计锁存器，用于保存计数器的计数结果。
4、设计除法器，用于计算待测信号的频率。
5、设计顶层电路，实现对1HZ至1KHZ的输入信号进行频率测量。
指导教师：邹红文2014 年12月1日课程设计评语成绩：指导教师：_______________年月日目录第一章设计控制器 (1)1.1控制器程序 (1)1.2波形图 (2)第二章设计计数器 (3)2.1计数器程序 (3)2.2波形图 (4)第三章设计锁存器 (5)3.1锁存器程序 (5)3.2波形图 (6)第四章设计除法器 (7)4.1除法器程序 (7)4.2波形图 (8)第五章设计顶层电路 (9)5.1顶层电路图 (9)5.2仿真波形图 (10)总结 (11)第一章设计控制器1.1控制器程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FTCTRL ISPORT(CLK1:IN STD_LOGIC;CNT_EN,RST_CNT:OUT STD_LOGIC;LOAD:OUT STD_LOGIC);END FTCTRL;ARCHITECTURE BEHAV OF FTCTRL ISSIGNAL DIV2CLK:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(CLK1) BEGINIF CLK1'EVENT AND CLK1='1' THEN DIV2CLK<=NOT DIV2CLK; END IF;END PROCESS;PROCESS (CLK1,DIV2CLK) BEGINIF CLK1='0' AND DIV2CLK='0' THEN RST_CNT<='1';ELSE RST_CNT<='0'; END IF;END PROCESS;LOAD<=NOT DIV2CLK; CNT_EN<=DIV2CLK;END BEHAV;1.2波形图图1-1 仿真波形图当接收到CLK上升沿时钟信号的时候，CNT_EN、LOAD为原信号取反。
多功能数字频率计的设计
目录一：摘要二：方案设计与论证三：系统设计原理框图及分析说明四：软件设计技术细节五：硬件原理说明六：测试方法及对结果的分析七：综合设计实验总结八：附录一：摘要频率，即单位时间内物理量变化的次数。
如交流电50Hz意味着在1秒钟内电压规律变化50次。
根据频率的这一定义，容易想到，可以用一个标准时基信号作为“闸门”，当闸门打开（高电平）时计数器对输入脉冲信号计数，所得结果就表明了在闸门打开的时间内输入信号变化的次数。
频率计是常用的测量设备，以频率的数字化测量为基础。
建立和发展起来的各种数字化测量仪器正在取代各种传统的模拟的电工测试仪器和仪表。
数字频率计是用于测量输入信号频率并将测量结果用十进制数显示的测量仪器。
它采用数字电路的设计方法，在一定的测量精度和准确度的要求下实现对方波、脉冲波、正弦信号等频率的测量。
二：方案设计与论证：1：设计的基本要求：测量范围信号：方波、脉冲波幅度：0.5 V ~5V频率：1Hz~1MHz2：设计方法的分析：数字频率计电路模块的设计从测量的角度有以下方法：1）传统方式的频率/周期测量有以下四种实现方法：（1）直接测量法直接测量法是把频率信号经脉冲形成电路后加闸门的一个输入端，只有在闸门开通时间T（以秒计）内，计数脉冲被送到十进制计数器进行计数。
设计数器的值为N，由频率定义可以计算得到被测信号频率为f = N/T经分析，此种测量在低频段的相对测量误差较大。
增大T可以提高测量精度，但在低频段仍不能满足任务要求。
（2）组合法直接测量周期法在低频段精度高。
组合法是指在低频时采用直接测量周期法测量信号的周期，然后换算成频率。
这种方法在一定程度上可以祢补方法（1）的不足，电路实现较为复杂。
（3）倍频法直接测量法在高频段有者很高的精度。
可以把频率测量范围分成多个频段，使用倍频技术，根据频段设置倍频系数将经整形的低频信号进行倍频后再进行测量，高频段则进行直接测量。
（4）直接周期测量法用被测信号经放大整形后形成的方波信号直接控制计门控电路，使主门开放时间等于信号周期，时标为Ts的脉冲在主门开放时间进入计数器。
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数字频率计设计摘要：本文给出一款以单片机AT89C51为核心的数字频率计设计方案。
它主要由输入整形电路、单片机AT89C51系统电路和数码显示电路等组成。
本设计缩小了硬件电路规模，使得电路简单易于调试，且控制能力强，是一种低成本，高可靠的数字频率计。
关键词：AT89C51；频率计；设计；七段数码The design of digital frequency meterAbstract:This paper presents a AT89C51 microcontroller as the core of the digital frequency meter design. It is mainly composed of input shaping circuit, single chip microcomputer AT89C51system circuit and digital display circuit. This design reduces the hardware circuit scale, the circuit is simple and easy to debug, and control ability, is a low-cost, highly reliable digital frequency meter.Key Words:AT89C51; Frequency Meter; Design; Seven-Segment LED引言数字频率计是计算机网路、通讯系统、电子技术等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
它的基本功能是测量正弦信号方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。
在进行模拟和数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，而得到广泛应用。
特别是现代电子计数器产品与组件和具有多种功能的数字式频率计，已广泛应用于计算机系统，通讯广播设备，生产过程自动化测控设备带LED、LCD数字显示的多种仪器仪表以及诸多的科学领域。
1概述在电子技术中，频率是最基本的参数之一，频率测量对生产过程监控有很重要的作用。
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。
电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。
直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。
数字频率计数器是用数字显示仪测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其他周期性变化的信号[1]。
如配以合适的传感器，可以对多种物理量进行测量，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，频率计是一种应用颇广的仪器。
传统的频率计采用测频法测量频率，通常由组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接采用。
本文基于51单片机技术以AT89C51为核心，在软件编程中采用的是汇编语言，测量采用了多周期同步测量法，它避免了直接测量法对精度的不足，同时消除了直接与间接相法相结合时需对被测信号的频率与中介频率的关系进行判断带来的不便，能实现较高的等精度频率和周期的测量。
2设计要求及方案选择2.1 设计任务和要求设计一个数字频率计。
主要性能指标：①测量波形幅度：V m =5V②测量频率范围：1Hz～9999Hz③显示位数：4位④被测信号：正弦波、方波2.2 方案论证方案一：系统采用可编程逻辑器件（PLD或ATV2500）作为信号处理及系统控制核心，完成包括计数、发射、门控、显示等一系列工作[2]。
原理框图如图1所示。
方案二：系统采用MCS-51系列单片机8032作为控制中心，门控信号内8032内部的计数器产生单位为1µs，由于单片机的计数上限较低，所以需要对高频信号进行硬件系统分频处理，8032则完成运算、控制及显示功能[3]。
其原理框图如图2所示。
方案三：系统以单片机AT89C51为核心，主要由输入整形电路、单片机AT89C51系统电路和数码显示电路等组成。
工作在频率计状态时，被测信号(以方波为例)通过放大、整形后作为外部事件，采用单片机内部的定时/计数器T0进行计数，T1定时器进行定时，然后通过软件编程转换为频率，并通过七段数码管显示被测信号的频率由PLD进行的多级分频晶振产生的高频信号图1 方案1原理图图2 方案2原理图2.3 方案比较从以上方案设计论证，方案一利用了PLD 的可编程和大规模的特点，使电路大为简化。
此电路用PLD 不能充分发挥其特点及优势，并且测量精度不够高，导致系统性能价格比降低，系统功能扩展受到限制，因此也没有选用此方案；方案二的系统虽然具有极为灵活的可编程性，但是在实现高频信号的测量时电路硬件比较复杂，并且需要软件编程支持，因此，该方案实现起来较困难，本设计没有采用；方案三基于单片机技术开发出的数字式频率计数器具有简单、方便、响应速度快、体积小等一系列优点，可以及时、准确地测量低频的频率信号。
经过以上比较，方案四能精确的满足我们设计的要求，因此本设计采用方案三。
2.4 总体方案确定本系统设计方案选用方案三，其原理框图如图3所示。
显 示PLD 计数、功能切换及BCD 译码通 道 电 源 键 盘主 控 8032 串口显示 74LS164存储 2764通 道图3 数字频率计原理框图工程过程：输入信号经放大、整形转换为方波脉冲信号送至AT89C51单片机的定时/计数器T 0。
T 0计数器对其进行计数，同时内部定时/计数器T 1进行定时[6]。
通过软件编程将T 1设置为定时50ms(20次共1s)。
当定时时间到时，T 0停止计数，调用计算程序计算后，再调用显示子程序送至七段数码显示管显示被测信号的频率。
2.5 总体原理图SRG8R C1/->&1D1324561081112913U374164SRG8RC1/->&1D1324561081112913U474164SRG8RC1/->&1D1324561081112913U574164SRG8RC1/->&1D1324561081112913U674164XTAL218XTAL119ALE 30EA31PSEN 29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51频率计R310k12U2:A7414C133pC233pX1CRYSTALC32u2R11kR51kR70R1SW1SW-SPSTQ1NPNR2200图4 硬件电路原理图总体原理图如图4所示。
本系统利用12MHZ 晶振和两个30pF 电容并联为AT89C51单片机提供工作频率。
RST XTALAT89C51 T 0复位电路 晶体振荡放大器 波形波形整形测频电路 传感器3系统单元电路设计3.1 系统组成所设计的频率计的测量范围为1～9999Hz，幅度为5V。
它主要由输入整形电路、单片机AT89C51系统电路和数码显示电路等组成。
其中信号预处理电路包含信号放对待测信号幅度的要求，波形变换和波形整形电路将放大的信号转变成可与单片机接口兼容的TTL信号。
单片机通过设置使T0对外部事件计数，T1对内部定时，这样能精确地测量信号的频率。
频率显示部分采用四个七段数码显示管，利用串行通信，节省了所需单片机的口线和外围器件，简化了显示部分的编程控制[4]。
3.2信号预处理电路频率计的信号预处理电路如图5所示。
它由两级电路构成，第一级为由开关三极管组成的零偏置放大器，三极管采用开关三极管，以保证放大器具有良好的高频效应。
当输入信号为零或负电压时，三极管截止，输出高电平；当输入信号为正电压时，三极管导通，输出电压随着输入电压的上升而下降，这使得频率计既可以测量任意方波信号的频率，也可以测量正弦波信号的频率[7]。
放大器的放大功能降低了对待测信号幅度的要求，实现了系统能对任意大于0.5V的正弦波和脉冲信号进行测量。
第二级采用带施密特触发器的反相器7414，它用于把放大器生成的单相脉冲转换成与CMOS 电平兼容的方波信号。
R3U2:A10k127414Q1R2NPN200图5 信号预处理电路3.3 AT89C51单片机及其附属电路3.3.1单片机介绍AT89C51是该电路的主控元件。
它是一种带有4k可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS 型8位微处理器。
该器件采用ATMEL高密度非易失性存储制造技术制造，工业标准的MCS 一5l 指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行上千次写／擦循环，数据保留时间长。
它是一种高效微控制器，为很多嵌人式控制系统设计提供了一种灵活性高且价廉的方案。
因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到AT89C51芯片。
时钟电路由AT89C5l 的18，19脚的时钟端(XTAL l 及XTAL2)以及12 MHz 晶振X1、电容C1、C2组成，采用片内振荡方式。
复位电路采用按键与上电复位电路，主要由电阻Rs ，Rk ，电容C3，开关K 组成，分别接至AT89C51的RST 复位输入端。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O ）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。
图6 AT89C513.3.2时钟电路时钟信号的产生，采用内部时钟电路。
在AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2；而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。