数字频率计的设计
数字频率计的设计
一：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。
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。
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时基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。
二：关键词周期；频率；数码管，锁存器，计数器，中规模电路，定时器三：概述EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件语言为系统逻辑描述的主要方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件设计的电子系统到硬件系统的设计，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
其设计的灵活性使得EDA技术得以快速发展和广泛应用。
以QUARTUSII软件为设计平台，采用VHDL语言实现数字频率计的整体设计。
伴随着集成电路（IC）技术的发展，电子设计自动化（EDA）逐渐成为重要的设计手段，已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。
EDA的一个重要特征就是使用硬件描述语言（HDL）来完成的设计文件，VHDL语言是经IEEE确认的标准硬件语言，在电子设计领域受到了广泛的接受。
四：软件介绍在本设计中使用的软件有Protel99SE、Quartus II 4.04.1 .1Protel的简介Protel99 SE是Protel公司近几年来致力于Windows平台开发的拳头产品。
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。
数字频率计的设计
数字频率计的设计频率计是常用的测量仪器，它通过对单位时间内的信号脉冲进行计数，从而测量出信号的频率。
设计一个6位频率计，可以测量1～999 999 Hz 的信号频率。
频率计工作时，先要产生一个计数允许信号即闸门信号，闸门信号的宽度为单位时间，例如1 s 或100 ms 。
在闸门信号有效的时间内对被测信号计数，即为信号频率。
测量过程结束，需要锁存计数值或留出一段时间显示测量值。
下一次测量前，应该对计数器清零。
频率计闸门时序如图所示。
计数允许信号计数清零信号显 示清零计数频率计闸门时序CLK RST ENACOUNT[3..0]OUTY CNT 10A CLK RST ENACOUNT[3..0]OUTY CNT 10A CLK RST ENACOUNT[3..0]OUTY CNT 10A CLK RST ENACOUNT[3..0]OUTY CNT 10A CLK RST ENACOUNT[3..0]OUTY CNT 10A CLK RST ENACOUNT[3..0]OUTY CNT 10ALOADRST_ONTCNT_ENCLK TESTCTLINPUT1 HzV C C FXDIN[3..0]LOAD DOUT[3..0]REG 4BDIN[3..0]LOAD DOUT[3..0]REG 4BDIN[3..0]LOAD DOUT[3..0]REG 4BDIN[3..0]LOAD DOUT[3..0]REG 4BDIN[3..0]LOAD DOUT[3..0]REG 4BDIN[3..0]LOAD DOUT[3..0]REG 4BCLK_SCAN NO1_BCD[3..0]NO2_BCD[3..0]NO3_BCD[3..0]NO4_BCD[3..0]NO5_BCD[3..0]NO6_BCD[3..0]EN SEL[2..0]DOUT[6..0]OUTPUT SCAN6AOUT2OUTPUT OUT1[2..0]OUTPUTOUT0[6..0]INPUT 1 kHz INPUT V C CV C C数字频率计的顶层图测频控制信号发生器(TESTCTL)的程序如下。
课程设计数字频率计
课程设计数字频率计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握数字频率计的基本原理与功能，了解其在实际生活中的应用。
2. 学会使用特定软件或工具进行数字频率计的设计与仿真。
3. 掌握基本的计数、计时方法，并将其应用于数字频率计的搭建。
技能目标：1. 能够运用已学知识，设计并搭建一个简单的数字频率计，培养动手操作能力和问题解决能力。
2. 能够运用逻辑思维，分析并优化数字频率计的设计方案，提高创新意识和团队协作能力。
3. 能够熟练运用相关软件或工具进行数字频率计的仿真实验，提高计算机操作技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。
2. 培养学生的团队合作精神，学会倾听、交流、分享，增强集体荣誉感。
3. 使学生认识到科技对社会发展的作用，提高社会责任感和使命感。
本课程针对初中年级学生，结合电子技术课程内容，以数字频率计为主题，旨在培养学生的动手操作能力、问题解决能力和创新意识。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中掌握知识，提高技能，同时注重情感态度价值观的培养，使学生在学习过程中形成积极向上的人生态度。
通过本课程的学习，学生能够达到上述课程目标，为后续相关知识的学习奠定基础。
二、教学内容1. 理论知识：- 数字频率计的基本原理与功能- 频率的定义及测量方法- 计数器、定时器的工作原理2. 实践操作：- 数字频率计的硬件组成与电路设计- 软件仿真工具的使用方法- 设计并搭建数字频率计的实验步骤3. 教学大纲：- 第一阶段：数字频率计基本原理学习（1课时）- 理解频率概念，掌握频率测量方法- 了解数字频率计的基本原理与功能- 第二阶段：硬件组成与电路设计（2课时）- 学习数字频率计的硬件组成- 掌握计数器、定时器的工作原理- 分析并设计数字频率计电路- 第三阶段：软件仿真与实验操作（2课时）- 学习并掌握软件仿真工具的使用方法- 设计实验方案，搭建数字频率计- 进行仿真实验，验证设计效果4. 教材关联：- 本教学内容与教材中“电子技术基础”、“数字电路设计与应用”等章节相关。
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。
数字频率计的设计实验报告
数字频率计的设计实验报告实验名称：数字频率计的设计实验日期：2021年7月1日实验目的：设计并实现一个基于计数器的数字频率计，使用计数器测量输入信号的频率，并将结果显示在数码管上。
实验器材：FPGA开发板、数字频率计模块、计数器模块、数码管模块。
实验原理：1. 计数器模块设计一个计数器模块，用于计数示波器输入脉冲信号的时间。
计数器的计数时间可以根据需要进行调整。
2. 数字频率计模块设计一个数字频率计模块，用于将计数器的计数时间转换为输入信号的频率。
通过计算计数器的计数值来计算频率，并将结果显示在数码管上。
3. 数码管模块设计一个数码管模块，用于将数字频率计模块计算出的频率值转换为可以在数码管上显示的数码。
实验步骤：1. 搭建实验电路将FPGA开发板连接到计数器模块、数字频率计模块和数码管模块。
2. 编写Verilog代码根据上述原理，编写计数器模块、数字频率计模块和数码管模块的Verilog代码。
3. 编译代码并下载到FPGA开发板使用Xilinx Vivado软件将Verilog代码编译成比特流文件，并将比特流文件下载到FPGA开发板中。
4. 测试实验将示波器的输出信号连接到数字频率计的输入端，并将数字频率计连接到数码管。
通过计算数字频率计的输出，验证数字频率计的测量准确性。
实验结果：经过测试，数字频率计的测量准确度在实验误差范围内。
输入不同频率的信号时，数码管能够正确显示频率值。
实验总结：通过本次实验，成功设计并实现了一个基于计数器的数字频率计。
该实验不仅巩固了计数器、数码管等模块的设计知识，也提高了学生的Verilog编程能力。
在实验中，学生还学习了如何使用FPGA开发板进行数字电路实验，以及测试和验证数字电路的方法和技巧。
频率计的设计
设计方案框图图2.1 方框图2.3 电路简述所谓频率，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为N，则其频率可表示为fx=N/T 。
因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。
可见数字频率计主要由闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。
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，数值保持及自动清零，并将计数结果在显示器上显示出来，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。
被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。
时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。
可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.2.4.2基准脉冲产生电路的设计与仿真1、由555定时器构成的多谐振荡器的工作原理多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于矩形脉冲波中除基波外，还有丰富的谐波成分，故得名多谐振荡器。
多谐振荡器没有稳态，只有两个暂态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。
考核题 数字频率计设计资料
4.锁存器 采用八D触发器74LS273(2片)， 作用：将计数器1s结束时所计得的数进行锁存，使 显示器上能稳定地显示此时计数器值。图见P.244.
5.扩展电路 采用74LS138、74LS151、74LS90、74LS92、 74LS74实现频率测量范围扩展并实现量程自动转 换。图见P.246.
定位，单位指示灯自动显示。
二、测频原理
在一定时间间隔T内测得某个周期性信号 的重复变化次数为N，则其频率可表示为f=N/T, 当T=1s时，计数脉冲个数为N,则f=NHz。
数字频率计组成框图
译码显示器
逻
锁存器
辑
控
制
计数器
电
路
闸门电路
时基电路
放大整形
三、数字频率计的电路设计
1.放大整形电路 把正弦波、三角波、整形成矩形脉冲，由
3DG100组成放大器，74LS00与非门构成施密 特触发器。图见P.244. 2.时基电路
产生一个标准信号，高电平持续时间为1S， 作为闸门信号。
由555构成多谐振荡器。图见P.244.
3.逻辑控制电路 用以产生锁存信号和清“0”信号，由
74LS123单稳态触发器产生,Cext、Rext是定时 电容和定时电阻，决定信号脉冲宽度，图见
考核题 数字频率计设计
一、设计要求(P248) 频率范围： 1Hz ~ 10KHz,10KHz ~ 100KHz,100KHz ~ 1MHz 频率准确度： f X 2103
fX
被测信号幅度 U Xm (0.2 ~ 5)V (正弦波、方波、三角波） 显示工作方式：4位十进制数显示，小数点自动
三－八译码器74LS138
八选一数据选择器74LS151
课程设计数字频率计
课程设计 数字频率计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数字频率计的基本原理，掌握其电路组成和工作方式。
2. 学生能运用数学知识，计算出数字频率计的测量范围，并解释相关计算公式。
3. 学生能运用物理知识，解释数字频率计测量频率时的误差来源。
技能目标：1. 学生能够独立完成数字频率计的搭建，并进行简单的调试和测量。
2. 学生能够运用所学知识，解决实际测量中遇到的问题，提高动手操作能力和问题解决能力。
3. 学生能够通过小组合作，进行数字频率计的优化设计和创新改进。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到数字频率计在实际应用中的重要性，激发对电子技术的学习兴趣。
2. 学生通过动手实践，培养团队协作意识，增强克服困难的信心和勇气。
3. 学生能够养成严谨的科学态度，注重实验数据的准确性和实验过程的完整性。
课程性质：本课程属于电子技术实践课程，以项目式教学为主，结合理论教学和动手实践。
学生特点：学生处于八年级，具有一定的数学、物理基础和动手能力，对电子技术有一定的好奇心和兴趣。
教学要求：注重理论与实践相结合，引导学生主动探究，培养创新意识和实践能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，确保每个学生都能在课程中收获成果。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活和未来学习。
二、教学内容1. 数字频率计基本原理：介绍频率计的作用，原理及其在电子测量中的应用，对应教材第3章第2节。
- 电路组成和工作方式- 频率测量方法及误差来源2. 数字频率计电路分析与搭建：分析数字频率计的电路结构，进行实际操作搭建，对应教材第3章第3节。
- 电路元件的识别与选用- 电路搭建步骤及注意事项3. 数字频率计的测量与调试：学习测量原理，进行实际测量和调试，对应教材第3章第4节。
- 测量范围计算与公式解释- 调试方法及技巧4. 数字频率计的优化与创新：针对现有频率计进行优化设计和创新改进，对应教材第3章第5节。
- 小组合作，讨论设计方案- 创新改进，提高测量精度和稳定性教学大纲安排：第1课时：数字频率计基本原理学习第2课时：数字频率计电路分析与搭建第3课时：数字频率计的测量与调试第4课时：数字频率计的优化与创新设计教学内容进度：第1-2周：学习基本原理，进行电路分析与搭建第3周：进行测量与调试，总结问题与经验第4周：优化设计与创新改进，展示成果与评价反思三、教学方法1. 讲授法：教师通过生动的语言和形象的表达，讲解数字频率计的基本原理、电路组成和测量方法，使学生系统地掌握理论知识，对应教材第3章第2-3节。
数字频率计设计实训报告
一、实训目的1. 熟悉数字频率计的原理和设计方法。
2. 学会使用数字电路设计工具进行电路设计。
3. 提高实际动手能力，培养创新思维。
4. 增强团队协作意识。
二、实训内容本次实训以设计一款简易数字频率计为目标，主要内容包括：1. 确定设计指标和功能要求。
2. 设计数字频率计的硬件电路。
3. 编写程序实现频率计的功能。
4. 进行电路调试和测试。
三、设计指标和功能要求1. 频率测量范围：1Hz～99.99kHz。
2. 波形测量：正弦波、方波、三角波等。
3. 数码显示：LCD1602液晶显示屏。
4. 量程选择：手动切换。
5. 误差：≤±1%。
四、硬件电路设计1. 信号输入电路：采用LM324运算放大器作为信号放大和整形电路，确保信号幅度在1Vpp以上。
2. 分频电路：采用74HC390计数器进行分频，将输入信号频率降低到计数器可计数的范围内。
3. 计数电路：采用74HC595移位寄存器实现计数功能，计数结果通过串口输出。
4. 显示电路：采用LCD1602液晶显示屏显示频率值。
5. 控制电路：采用AT89C52单片机作为主控制器，负责信号处理、计数、显示和量程切换等功能。
五、程序设计1. 初始化：设置计数器初值、波特率、LCD1602显示模式等。
2. 主循环：检测信号输入、计数、计算频率、显示结果。
3. 信号处理：对输入信号进行放大、整形、分频等处理。
4. 计数：根据分频后的信号频率，对计数器进行计数。
5. 计算频率：根据计数结果和分频系数计算实际频率。
6. 显示：将计算出的频率值通过串口发送到LCD1602显示屏。
7. 量程切换：根据手动切换的量程，调整分频系数。
六、电路调试与测试1. 调试信号输入电路，确保信号幅度在1Vpp以上。
2. 调试分频电路，确保分频后的信号频率在计数器可计数的范围内。
3. 调试计数电路，确保计数器能够正确计数。
4. 调试显示电路，确保LCD1602显示屏能够正确显示频率值。
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：σ≤±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。
3、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±1Hz，即f测-f真=±1Hz所以，最大相对误差为σmax=（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。
f真=2图2-2-2 测频法的误差（2）测周法当被测信号频率较低时，为保证测量精度，常采用测周法。
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。
数字频率计课程设计
数字频率计 课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解数字频率计的基本原理，掌握其工作流程和计算方法。
2. 学生能掌握频率、周期、频率分辨率等基本概念，并运用这些概念分析实际问题。
3. 学生能通过实际操作，学会使用数字频率计进行频率测量，并准确读取数据。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，设计简单的数字频率计电路，提高动手实践能力。
2. 学生能够运用频率测量方法，解决实际生活中的问题，培养解决问题的能力。
3. 学生能够通过小组合作，进行数字频率计的搭建和调试，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习数字频率计，培养对电子技术的兴趣，激发创新精神。
2. 学生在学习过程中，养成积极思考、主动探究的良好学习习惯。
3. 学生能够认识到数字频率计在实际应用中的重要性，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程属于电子技术实践课程，注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：六年级学生具有一定的电子技术基础，好奇心强，喜欢动手实践，但需加强对理论知识的学习。
教学要求：教师应注重启发式教学，引导学生主动探究，关注学生的个体差异，提高学生的实践能力和综合素质。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论知识：- 频率、周期、频率分辨率等基本概念及其相互关系；- 数字频率计的原理、工作流程和计算方法；- 数字频率计的电路组成和功能。
2. 实践操作：- 数字频率计的搭建与调试；- 频率测量方法及其在实际生活中的应用；- 小组合作进行数字频率计电路设计与优化。
3. 教学大纲安排：- 第一课时：回顾频率、周期等基本概念，介绍数字频率计原理及计算方法；- 第二课时：分析数字频率计的电路组成和功能，进行电路搭建与调试；- 第三课时：学习频率测量方法，开展实践操作，解决实际问题；- 第四课时：小组合作，设计并优化数字频率计电路，展示与交流。
数字频率计的设计
数字频率计的设计
数字频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，本实验要使用单片机和计数电路及液晶器件来设计一个宽频的数字频率计。
数字频率计的实验电路图(初步方案)
1) 数字频率计的计数及显示电路：
图1 数字频率计的设计电路图
2)前置放大及分频电路
数字频率计的设计思路
频率的测量实际上就是在1S 时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。
用单片机设计频率计通常采用两种办法，1)使用单片机自带的计数器对输入脉
冲进行计数，或者测量信号的周期;2)单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。
由于单片机自带计数器输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一，因此采用单片机的计数器直接测量信号频率就受到了很大的限制。
本实验电路采用方式2，使用一片74LS393 四位双二进制计数器和Atmega8 的T1 计数器组成了24 位计数器，最大计数值为16777215。
如果输入信号经过MB501 分频器进行64 分频后再进行测量，则固定1S 时基下最高测量频率为1073.741760Mhz。
为了方便得到准确的1 秒钟测量闸门信号，我们使用了Atmega8 的异步实时时钟功能，采用32.768Khz 的晶振由TC2 产生1 秒钟的定时信号。
数字频率计的测量原理
单片机打开测量闸门，即PB1 输出高电平，同时TC2 定时器启动。
74LS393。
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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 0.001s0.01s 0.1s1s锁存清零S AS 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：4.单元电路的设计和元器件的选择4.1 多谐振荡器电路的设计（1）石英晶体振荡器原理若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场。
这种现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
(2)石英晶体振荡器的电路图4.2 分频器电路的设计（1）由于石英晶体振荡器产生的频率很高，需要得到秒脉冲，就需要分频电路。
采用1MHz的晶振电路，故用十进制计数器74160进行6次十分频而获得1Hz的方波信号作为秒脉冲信号。
（2）分频器电路图:4.3 单稳电路的设计(1）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。
故可采用集成单稳态触发器74121的外部连接方法。
（2）单稳触发器的电路图：4.4放大整形电路的设计（1）放大整形电路由晶体管9014和74LS00等组成。
其中9014组成放大器将输入频率为f的周期信号如正弦波三角波等进行放大。
与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。
由于输入的信号幅度是不确定的，可能很大也可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能烧毁器件，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换，放大限幅和整形。
（2）放大整形电路：4.5闸门电路的设计（1）闸门电路由与门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端接门控信号，另一端接整形后的被测方波信号。
闸门是否开通受门控信号的控制，当门控信号为高电平时，闸门开启，而门控信号为低电平时，闸门关闭。
显然，只有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。
可见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，计数显示系统再把闸门的输出结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。
（2)闸门电路：4.6 计数器电路的设计(1)为了提高计数速度，可采用同步计数器。
其特点是计数脉冲作为时钟信号同时接于各位触发器的时钟脉冲输入端，在每次时钟脉冲沿到来之前，根据当前计数器状态，利用逻辑控制电路，准备好适当的条件。
当计数脉冲沿到来时，所有应翻转的触发器同时翻转，同时也使用所有应保持原状的触发器不该变状态。
由于频率计的测量范围1~10KHz，因此采用十进制计数器74160，它不仅可用于对脉冲进行计数，还可用于分频；此电路则需分频，N位进制计数器就是N分频器。
被测信号由闸门开通送入计数器，记录所测信号频率值传入译码显示电路中，显示器显示测得频率值；待闸门关闭，计数器停止工作；电路则继续工作进行下次循环，计数器清零，显示器数值消失，频率计完成一次测量。
被测信号经过放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，在此期间内，周期为ST的标准脉冲通过闸门进入计数器计数。
频率计测周期的基本原理正好与测频相反，即被测信号用来控制闸门电路的开通与关闭，标准时基信号作为计数脉冲。
由于用3位数码管显示数据，故用3个74160即可。
（2）计数器电路图：4.7 锁存器电路的设计（1）锁存器是构成各种时序电路的存储单元电路，其具有0和1两种稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持，锁存器是一种脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。
在确定的时间内计数器的技术结果必须经锁定后才能获得稳定的显示值。
锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测量的数据寄存起来，送入译码显示器。
锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器。
此电路采用74LS273锁存器，其作用是将计数器在1s结束时锁记得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。
当1s计数结束时，通过逻辑电路产生信号送入锁存器，将此时计数的值送入译码显示器。
选用两个8位锁存器74LS273可以完成上计数功能。
当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输入等于输入，即Q=D，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态的Q不变。
所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。
（2）锁存器电路：4.8 译码显示电路的设计（1）七段发光二极管数码显示器分为BS201/202(共阴极)和BS211和212（共阳极）两种，本实验采用共阳极的译码器，所谓共阳极就是把发光二极管的阳极都连到一起接地，与其搭配的译码器输出低电平为有效。
从锁存器出来的信号是计数器计数器计数后被锁存在锁存器中的信号，是二进制的数，在显示器上不能直接显示，，需要译码器将二进制的数译码成为十进制的数，然后才能在显示器上读出频率。
（2）译码显示电路图：5.系统电路总图及原理（1）实验原理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。
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。
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。