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。

多谐振电路可以采用555定时器或者晶体振荡器来完成。本次设计采用555定时器实现，本次设计的精确度要求比较低，而且555定时器组成的多谐振荡起的最高振荡频率只能最多1MHz，而我们将用555定时器产生1Kz的频率，满足在该范围之内。分频器采用10分频，可用74LS90或者74LS160。

图2-1555定时器构成的多谐振振荡器

555多谐振振荡器设计参数：设计一个震荡周期为1ms，输出的占空比

2

3 q

12 12

12

12

1

18

12

2

23

(2)ln20.001

10

3ln21

0.0011

48

3ln23100.69

48

R R

q

R R

R R

T R R C s

C nf

R C

R k

C

R R k

-

+

==

+

=

=+=

=

=

===Ω

⨯⨯

==Ω

占空比

周期

图2-2时基分频电路

时基电路的调测

首先调测时基信号，通过555定时器、RC阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择R1=8.2KΩ ，R2=5.1KΩ，C=0.01μF。把555产生的信号接到示波器中，调节电位器使得输出的信号的频率为1KHz。同时输出信号的频率也要稳定。测完后，下面测试分频后的频率，分别接一级分频、二级分频、三级分频的输出端，测试其信号。测出来的信号频率和理论值很接近。说明电路能正常工作。

3 闸门信号

时基信号分频得的频率虽然是1ms 10ms 100ms 1s，但是它们占空比

2

3

q=，但闸门信号要求的是高电平的持续时间分别是1ms 10ms 100ms 1s，故还需要将它们一个周期的时间变为高电平，可选用4017BD。

图3-1闸门信号电路

图3-1的4017BD的脚引

CP接分频之后周期为1ms 10ms 100ms 1s，图中用信号

源来代替，信号源中的参数设为：占空比

2

3

q ，频率100Hz（对应的周期为10ms）

（注：也可以用1kHz 1Hz 10Hz来测试）。

将其作为闸门选通的信号，跟整形之后的波形用一个与非门连在一块。如下图

图3-2

图3-34017BD的脚引

CP接分频之后周期为1ms 10ms 100ms 1s，图中依旧暂

时用信号源来代替，信号源中的参数设为：占空比

2

3

q ，频率100Hz，与555定时

器构成的整形电路用与非门连接。

图3-4

4显示译码计数电路

这部分电路省去了锁存器，因为只有在高电平才计数，那么高电平一过，就不计数，也就是相当于锁存，直到下一个高电平在重新清零和计数。计数器用3个74LS90来连接，译码器用4511BD，采用共阴驱动八段数码管显示器。电路图如下

图4-1显示译码计数电路

图4-1中用了一个矩形脉冲信号来测试一下显示译码计数电路的正确性。如果能显示计数，则电路正确，否则，还需修改。其中74LS90的R0和R1脚引是用来清零信号的。