数字频率计的设计

数字电子技术课程设计报告

设计课题: 数字频率计的设计

姓名: hcg 学院: 工学院

专业: 电气工程及其自动化

班级: 12级（2）班

学号: ******** 日期 2014年06月1日—— 2014年06月30日

指导教师:

安徽农业大学

目录

1．设计的任务与要求 (3)

1.1设计的要求与参数 (3)

1.2设计的任务与时间安排 (3)

2．摘要 (4)

3.方案论证与选择 (5)

4.单元电路的设计和元器件的选择 (7)

4.1 多谐振荡器电路的设计 (7)

4.2 分频器电路的设计 (8)

4.3 单稳电路的设计 (8)

4.4放大整形电路的设计 (9)

4.5闸门电路的设计 (10)

4.6 计数器电路的设计 (10)

4.7 锁存器电路的设计 (11)

4.8 译码显示电路的设计 (12)

5.系统电路总图及原理 (14)

6.主要元器件的选择 (14)

7.经验体会 (15)

8.参考文献 (16)

设计题目：数字频率计

作者：hcg 指导老师：

（安徽农业大学工学院合肥 230036 ）

1.设计任务与要求

1.1设计的要求与参数

数字频率计是用来测量正弦信号，矩形信号等波形工作频率的仪器，其测量结果直接用十进制数字显示。要求采用中小规模集成芯片设计制作一个数字频率测量仪。其基本设计参数如下：（1）被测信号的频率范围为1Hz~10KHz，分为两个频段，即1~999Hz, 1~10, KHz，用3位数码管显示测量数据，并用发光二极管表示单位，如绿灯亮表示Hz, 红灯亮表示KHz。

（2）具有自校和测量两种功能，可用仪器内部的标准脉冲校准测量精度。

（3）具有超量程报警功能，在超出目前量程档的测量范围时，发出灯光信号报警。

（4）测量误差小于5%。

（5）多谐振荡器采用1M晶振电路，闸门用与门实现，显示用共阳极数码管。

1.2 设计的任务与时间安排

（1）理论设计及设计报告的撰写时间：4天。

（2）电路图的计算机绘图，电路设计修改，电路焊接调试时间：5天。

（3）答辩时间：1天。

2. 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。

频率计主要由四个部分构成：分频电路、锁存电路、计数显示电路以及放大整形电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为分频电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

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，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。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。

3.方案论证与选择

交流电信号或脉冲信号的频率是指单位时间内产生的电振动的次数或脉冲个数。用数学模型可表示为：

f=N/t

式中f——频率。N——电振动次数或脉冲数。t——产生N次电振动或脉冲所需要的时间。

首先必须把各种被测信号通过放大整形电路，使其成为规矩的数字信号，以便于计数器计数。实现频率测量的另一必备环节是分频器对多谐振荡器进行分频。所谓分频，就是产生时间标准信号的电路装置。通常要求精确稳定，所以采用1MHz石英晶体振荡器做成标准时间信号发生器。一般计数器则采用十位计数器，N进制的计数器也就是N分频器，其N进位信号也可作为N分频信号。

如图3.1.a所示为数字频率计系统原理总框图，被测量信号经过放大与整形电路传入十进制计数器，变成其所要求的信号，此时数字频率计与被测信号的频率相同，分频电路提供标准时间基准信号，此时利用所获得的基准信号来触发控制电路，进而得到一定宽度的闸门

矩形信号

被测正弦波放大

整形

闸

门

计

数

器

锁

存

器

分频器（多级十进制）单稳1 单稳2

译

码

显

示

多谐振荡器自检

Sc 0.001s

0.01s 0.1s

1s

锁存

清零

S A

S B

信号，当1s信号传入时，闸门开通，被测量的脉冲信号通过闸门，其计数器开始计数，当1s信号结束时闸门关闭，停止计数。根据公式得被测信号的频率f=NHz。

单稳触发器电路的一个重要的作用是在每次采样后还要封锁主控门和时基

信

号

输

入，使计数器显示的数字停留一段时间，以便观测和读取数据。

简而言之，控制电路的任务就是打开主控门计数，关上主控门显示，然后清零，这个过程不断重复进行。

控制电路如图所示：