数字频率计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：信息工程学院

题目：数字频率计

初始条件：

具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、设计频率检测电路；

2、测量信号与TTL电平兼容，频率范围：0HZ～100KHZ；

3、数码管显示频率；

4、掌握数字电路的设计及调试方法；

5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。

时间安排：

时间一周，其中2天原理设计，3天电路调试

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

频率计又称为频率计数器，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。

本文介绍了一种测量仅与TTL电平兼容的信号的数字频率计，频率测量中直接测量的数字频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。其频率的测量范围为0HZ到100KHZ，此次设计频率计思路主要是利用计数原理，通过一定的时基控制电路能在1秒钟以内让计数器工作于计数状态，最后在1秒钟内将计数值进行锁存﹑输出﹑显示，即可得到待测信号频率，涉及到的集成芯片主要有十进制计数芯片74LS90﹑边沿控制锁存器74LS273﹑用于数码管显示的译码器CD4511﹑以及时基芯片555和双可重复单稳态触发器74LS123,共同完成了数字频率计的设计。

关键词：TTL电平兼容信号，计数，频率计

目录

摘要

1.数字频率计的设计总体方案 (1)

1.1数字频率计的简介 (1)

1.2电路方案设计 (2)

1.3方案的比较及选取 (4)

2.电路模块设计 (4)

2.1计数电路 (5)

2.2显示电路 (5)

2.3计时电路 (5)

3.系统总体电路图 (7)

3.1计数显示部分电路 (7)

3.2闸门逻辑控制电路 (8)

4.软件仿真图 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

5.实物调试 (11)

5.1实物制作 (11)

5.2实物显示结果图 (11)

5.3误差分析 (11)

6.心得体会 (12)

7.参考文献 (14)

附录：原件清单 (14)

1.数字频率计的设计总体方案

1.1数字频率计的简介

(1) 数字频率计概述

数字频率计主要是采用数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。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。通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。

(2)频率计测量方法

频率计的测量方法很多，因其工作原理的不同导致有很多的测量方法。比如有比较法、无源测量法﹑示波器法和计数法 ，最常用的的是计数法，计数器法测量电路简单﹑可靠，而且频率的测量精度还较高，便于直接进行数字化的显示。计数法测量频率又分为直接测频法和间接测频法。

(3)频率计组成结构

一般以计数原理来制作的频率计是由时基控制电路，放大整形电路，计数电路以及显示电路等部分组成，频率计的组成框图如下：

|

图1-1频率计系统组成图

衰减放大 待测信号X f

放大整形 闸门电路 计数电路

显示电路

单稳态触发器计时

1.2电路方案设计

方案一:的工作原理：首先将信号放大到5V ，在将信号连接道闸门，闸门的控制信号是由ne555定时器构成多谐振荡电路产生的矩形波，其正脉冲时间为一秒钟，也就是闸门导通时间为一秒钟，在由于待测频率方波连到计数器的时钟脉冲脚，所以这一秒的时间内计数器对该波形脉冲计数，时间到闸门断开停止计数；同时ne555产生波形将产生一个下降沿，该下降沿驱动第一个单稳态触发器，使其产生一个正脉冲，该正脉冲促使D 触发器锁存计数器中的数据；D 触发器的数据通过BCD8421译码器译码驱动数码管显示，该显示数据即是所测频率；当第一个单稳态触发器重新回到稳态也就是有高电平跳变为低电平，该下降沿触发第二个单稳态产生一个低脉冲，该脉冲通过一与非门使计数器清零；如此循环，数码管就一直显示待测方波的频率。

方案一的系统框图见图1-2。

图1-2 方案一的系统框图

方案一的电路图见图1-3。

待测频率方波

时基信号

清零信号

锁存信号

闸门电路

计数器

放大电路

锁存器

译码显示

控制

电路

图1-3 方案一的电路图

方案二:的工作原理：该方案通过单片机为频率计的核心，由单片机的定时\计数器产生1s 钟的通过闸门信号，且同时单片机计中的定时\计数器记下该段时间的脉冲，在通过单片机计算将数据送到IO 口，在通过译码器译码驱动显示出相应测试出的频率。

方案二的系统框图见图1-4。

放大电路

单片机

闸门电路

图1-4 方案二的系统框图

方案二电路图见图1-5。

XTAL2

18

XTAL1

19

ALE 30EA 31PSEN

29

RST

9

P0.0/AD039

P0.1/AD138

P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.0

1

P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD 17P3.6/WR 16P3.5/T115U1

80C51

X1

CRYSTAL

C1

30pF

C2

30pF

3

2

1

4

11

U2:A

LM324

1

23

U3:A

74LS00

VCC

RV1

10K

U2:A(+IP)

A 7QA 13

B 1QB 12

C 2QC 11D

6QD 10BI/RBO

4QE 9RBI 5QF 15LT

3

QG 14

U4

74LS48

A 7QA 13

B 1QB 12

C 2QC 11D

6QD 10BI/RBO

4QE 9RBI 5QF 15LT

3

QG 14

U5

74LS48

VCC VCC

VCC

R1

10K

C3

10uF

图1-5 方案二的电路图

1.3方案的比较及选取

方案一：该方案由纯硬件电路搭出的频率计电路，电路复杂，计算复杂，但电路为纯硬件电路不需要编程。

方案二：该方案通过单片编程实现数字频率计的设计，电路简单，但要涉及到单片机编程。

由于此次课设为数电课设，且刚学完数电课程，若要选择单片机方案还得学

习单片机，鉴于时间有限，所以我们选择方案一。

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