基于CD40110芯片的数字频率计设计
数字逻辑--数字频率计的设计
滁州学院之宇文皓月创作课程设计陈述课程名称：数字逻辑课程设计设计题目：数字频率计的设计系别：网络与通信工程系专业：网络工程组别：第四组起止日期:2012年5月28日~ 2012年6月 22日指导教师:计算机与信息工程学院二○一二年制课程设计任务书目录1 引言12 设计要求12.1题目12.2系统结构要求12.3制作要求12.4扩展指标12.5运行环境12.6设计条件12.7元件介绍2①计数显示器2② 74160N3③ 7473N4④ XFG143 整体设计方案54 详细分析64．1单元电路设计6 4．2控制电路64．3关于JK触发器7 4．4测试85 调试与操纵说明85.1第一次仿真95.2第二次仿真95.3第三次仿真10 5.4第四次仿真106 课程设计总结117 致谢118 参考文献121 引言数字频率计是近代电子技术领域的重要丈量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的丈量仪器。
数字频率计是在基准时间内把丈量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字的形式显示出来。
数字频率计应用于丈量信号（方波、正玄波或其他周期信号）的频率，并用十进制数显示。
它具有精度高、丈量速度快、读数直观、使用方便等优点。
2 设计要求2.1题目频率计主要用于丈量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。
其扩展功能可以丈量信号的周期和脉冲宽度。
①频率丈量范围：1HZ~10HZ。
②数字显示位数：四位静态十进制数显示被测信号的频率。
2.2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，送入丈量电路进行处理、丈量，档位转换用于选择测试的项目—频率、周期或脉宽，若丈量频率则进一步选择档位2.3制作要求①被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。
②丈量频率范围：1Hz~10kHz。
③丈量周期范围：0.1ms~1s。
④丈量脉宽范围：0.1ms~1s。
⑤丈量精度：显示4有效数字（要求分析1Hz、1kHz和10kHZ丈量误差）。
信号发生器的制作及其频率显示设计报告
实际整体焊接电路
5 系统测试
5.1 测试仪器
BT100型电压表、30MHz示波器、多功能函数发生器。
由于后级波形产生电路和波形显示电路功耗较小，所以选择了常用的稳压芯片(LM7812、LM7912、LM7805)，此种类的芯片引脚少，外围电路简单，电压稳定度较好，最大输出1.5A电流，最小压差2.5V，最大输入电压小于40V。变压器选择12V/1W的单输出变压器。整个电路原理图如下:
稳压电源模块原理图
方案1
方案2:用迟滞比较器和积分电路组成方波-三角波产生电路，然后通过函数转化电路，将三角波转化成正弦波。这种电路在一定频率范围内，具有良好的三角波和方波信号，而正弦波信号的质量与函数转化电路的形式有关。
方案2
方案3：用集成的波形发生器芯片ICL8038，此种方案电路简单，外围器件少，产生的波形易得到。但从锻炼动手能里的角度出发，此种方案不易采用，并不能得到太多的锻炼。
5.2 测试方法................................................11
5.3 测试结果................................................12
5.4 测试结果分析 ............................................13
4.1 稳压电源模块实现 ........................................8
4.2 波形发生电路模块实现 ....................................8
4.3 频率显示控制及频率显示电路模块 ..........................10
cd40110芯片工作原理
cd40110芯片工作原理
CD40110是一种CMOS逻辑芯片，通常用于数字电路中的计数器
和频率分频器。
它包含了四个独立的数字计数器，每个计数器都可
以独立地配置为向上计数、向下计数或者自由运行。
它还可以通过
外部时钟信号来控制计数速度，因此非常适合用于时序控制和频率
分频的应用。
CD40110芯片的工作原理主要基于内部的逻辑门电路和触发器。
当外部时钟信号输入时，芯片内部的计数器会根据时钟信号的边沿
触发进行计数。
当计数器达到设定的最大值时，它会重新从零开始
计数，从而实现循环计数的功能。
此外，CD40110还具有预置功能，可以通过外部输入信号对计
数器进行预置，从而实现特定的计数起点。
这使得它在数字系统中
的定时和控制应用中非常有用。
总的来说，CD40110芯片的工作原理是基于内部逻辑门和触发
器的组合，通过外部时钟信号和预置信号来实现计数器的计数和控
制功能，从而在数字电路中发挥重要作用。
CD40110简洁中文资料
40110------十进制加减计数器/锁存/七段简要说明：40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。
40110有2个计数时钟输入端CPU和CPD分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。
由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。
40110的进位输出CO和借位输出BO一般为高电平，当计数器从0～9时，BO输出负脉冲；从9～0时CO输出负脉冲。
在多片级联时，只需要将CO和BO 分别接至下级40110的CPU和CPD端，就可组成多位计数器。
引出端符号：BO 借位输出端CO 进位输出端CPD 减计数器时钟输入端CPU 加计数器时钟输入端CR 清除端/CT 计数允许端/LE 锁存器预置端VDD 正电源Vss 地Y a~6g 锁存译码输出端推荐工作条件：电源电压范围…………3V～18V输入电压范围…………0V～VDD工作温度范围M类…………－55℃～125℃E类………….－40℃～85℃极限值：电源电压…...－0.5V～18V输入电压……－0.5V~VDD+0.5V输入电流…………….±10mA储存稳定…………－65℃～150℃引出端排列：12本设计主要基于CD40110,设计的秒、分时钟电路CD40110 内部集成了计数、译码、锁存器的功能，因此可以省去一些译码芯片，内部有加法器与减法器两种功能，都是十进制的图中的1Hz的信号，可经过555多谐振荡产生，也可以通过晶振32768经过分频得到，也可以通过把市电经过50分频得到还可以加入时间调整，报时模块。
基于单片机的数字频率计的设计与实现
基于单片机的数字频率计的设计与实现摘要随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。
传统的频率计通常采用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，而且测量范围低，精度低。
因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。
因此我们需要寻找一种新的测频的方法。
随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。
本文阐述了以AT89C51单片机为控制器件的频率测量方法，并用汇编语言进行设计，采用单片机智能控制，结合外围电子电路，用以实现高低信号频率的测量。
本文设计的是一个简易数字频率计，被测信号可以是正弦波、三角波、方波。
首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数，获得频率值;最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。
本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
关键词单片机;频率计;测量-Design and implementation of Digital FrequencyMeter Based on Single Chip MircrocomputeAbstractAlong with the development of electronic information industry, signal as the basic elements, the frequency measurement in scientificresearch and practical application is increasingly important, but also need the scope of frequency measurement is becoming more and more wide. The traditional frequency plan usually adopts combinational circuits and the sequential circuits of the hardware circuit structure, product not only large size, speed is slow, and measuring range, and low accuracy of low. Therefore, as for frequency measurement requirements, thetraditional method of frequency measurement in practical application already cannot satisfy requirements. Therefore, we need to find a new measuring method of frequency. Along with the development of technology and mature, use a singleship as a circuit system of control circuit shown its incomparable advantages.In this paper, with AT89C51 microcontroller to control the frequency of measurement devices and assembly language design, intelligent control using single chip, combined with the external electronic circuit, can be high and low frequency measurements. This paper designs a simple digital frequency, the measured signal can be sine wave , square wave. Firstly, the rectangular pulse, which the measured signal is amplified and reshaped, is used as control throttle valve. Then, the frequency counter counts the number of the periods using the internal timer/counter of signal is chip so as to gain the frequency value of measured signal. Finally, the frequency value of measured signal is displayed through static display circuits.From the analysis of theory, and introduces the digital frequency plan based on single chip design, selection of the system, and have all kinds of circuit components of hardware circuit simulaion.Keywords Micor- computer;Frequency;Measure-目录摘要...... ................................................................. (I)Abstract ........................................................... .. (II)第1章绪论 ..................................................................... .. (1)1.1 课题背景 ..................................................................... . (1)1.2 单片机的发展及特点 ..................................................................... .................1 1.3 频率计的基础知识 ..................................................................... .....................1 1.4 论文研究内容 ..................................................................... .............................2 第2章单片机简介及方案论证 ..................................................................... ...........3 2.1 AT89C51单片机简介 ..................................................................... ..................3 2.1.1 单片机及其引脚说明 ..................................................................... ...........3 2.1.2 AT89C51的定时/计数器原理 (5)2.1.3 定时/计数器的工作模式 ..................................................................... (6)2.1.4 定时,计数器的特殊功能控制寄存器 (6)2.1.5 定时,计数器(T0,T1)的控制寄存器 (7)2.2 数字频率计设计的几种方案 ..................................................................... (8)2.3 几种方案的优劣讨论 ..................................................................... .................8 2.4 本次设计采用的方案 ..................................................................... .................9 2.5 本章小结 ..................................................................... .....................................9 第3章系统硬件设计 ..................................................................... ........................ 10 3.1 数字频率计工作原理及结构框图 (10)3.1.1 一般数字式频率计的原理 ......................................................................10 3.1.2 基于单片机的数字频率计原理 .............................................................. 10 3.2 电路原理图 ..................................................................... ............................... 11 3.3 放大整形电路 ..................................................................... ........................... 11 3.3.1 放大整形电路的必要性 ..................................................................... ..... 11 3.3.2 放大整形电路的原理 ..................................................................... ......... 11 3.4 分频电路 ..................................................................... ................................... 15 3.4.1 分频电路介绍 ..................................................................... .................... 15 3.5 四选一电路 ..................................................................... ............................... 16 3.6 显示电路 ..................................................................... ................................... 17 3.6.1 显示原理 ..................................................................... ............................ 17 3.6.2 显示电路图 ..................................................................... ........................ 19 3.7 本章小结 ..................................................................... ................................... 20 第4章系统软件设计 ..................................................................... ........................ 21 4.1 软件流程图 ..................................................................... ............................... 21 4.2 测频软件实现原理 ..................................................................... . (21)-4.3 几个重要的分程序 ..................................................................... ................... 22 4.4 本章小结 ..................................................................... ................................... 23 结论 ..................................................................... ..................................................... 24 致谢 ..................................................................... ..................................................... 25 参考文献 ..................................................................... ............................................. 26 附录A ...................................................................... ................................................ 27 附录B ...................................................................... ................................................ 33 附录C ...................................................................... ................................................ 39 附录D ...................................................................... (40)第1章绪论1.1 课题背景在电子技术中,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，,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制[1]等方面都有较广泛的应用。
简单数字频率计的设计与制作
简单数字频率计的设计与制作1结构设计与方案选择1.1设计要求（1）要求用直接测量法测量输入信号的频率（2）输入信号的频率为1～9999HZ1.2设计原理及方案数字频率计是直接用十进制的数字来显示被测信号频率的一种测量装置。
它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。
所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的变化次数。
若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T（1-1）据此，设计方案框图如图1所示：图1 数字频率计组成框图图中脉冲形成的电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被。
时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为测信号的频率fＸ1s，则们控电路的输出信号持续时间亦准确的等于1s。
闸门电路由标准秒信号进行控制当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数器译码显示电路。
秒信号结束时闸门关闭，技计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计= N Hz。
数，所以被测频率fＸ被测信号f经整形电路变成计数器所要求的脉冲信号○1，其频率与被测信Ｘ号的频率相同。
时基电路提供标准时间基准信号○2，其高电平持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率f=NHz,如图2（a）所示，即为数字频率计的组成框图。
图2（a）数字频率计的组成框图图2（b）数字频率计的工作时序波形逻辑控制单元的作用有两个：其一，产生清零脉冲④，使计数器每次从零开始计数；其二，产生所存信号⑤，是显示器上的数字稳定不变。
这些信号之间的时序关系如图2（b）所示数字频率计由脉冲形成电路、时基电路、闸门电路、计数锁存和清零电路、译码显示电路组成。
1.3数字频率计的主要技术指标1.3.1 频率准确度:一般用相对误差来表示，本文设计的频率准确度并没有要求。
基于单片机的频率计的设计数字频率计
基于单片机的频率计的设计1绪论1.1研究背景及主要研究意义频率是电子技术领域永恒的话题，电子技术领域离不开频率，一旦离开频率，电子技术的发展是不可想象的，为了得到性能更好的电子系统，科研人员在不断的研究频率，CPU 就是用频率的高低来评价性能的好坏，可见，频率在电子系统中的重要性。
频率计乂称为频率计数器，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：当被测信号在特定的时间段T内的周期个数N时，则被测信号的频率£=1\!/「电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有三十多年的发展历史。
早期, 设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算机的技术水平，决定电子技术器价格高低的主要依据。
目前这些技术日臻完善，成熟。
应用现代技术可以轻松地将电子计数器的频率扩展到微波频段。
1.2数字频率计的发展现状随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。
对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。
而对中高档产品，则要求有较高的分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。
这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正地实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。
由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率范围不断扩大，功能不断增加。
在测试通讯、微波器件或产品时，通常都市较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的含有未知频率分量的、频率固定的变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。
为了能正确的测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。
微波技术器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。
虽然所有的微波计数器都是用来完成技术任务的, 但各自厂家都有各自的一套复杂计数器的设计、使得不同型号的技术其性能和价格会有所差别，比如说一些计数器可以测量脉冲参数，并提供类似与频率分析仪的屏幕显示，对这些功能具有不同功能不同规格的众多仪器，我们应该视测试需要正确的选择以达到最经济和最佳的应用效果。
集成块CD40110用法介绍
40010用法介绍
40110 为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。
40110 有2 个计数时钟输入端CPU 和CPD 分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。
由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工
作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。
40110 的进位输出CO 和借位输出BO 一般为高电平，当计数器从0～9 时，
BO 输出负脉冲；从9～0 时CO 输出负脉冲。
在多片级联时，只需要将CO 和BO 分别接至下级40110 的CPU 和CPD 端，就可组成多位计数器。
引出端符号：
BO 借位输出端
CO 进位输出端
CPD 减计数器时钟输入端
CPU 加计数器时钟输入端
CR 清除端
/CT 计数允许端
/LE 锁存器预置端
VDD 正电源
Vss 地
Ya-g 锁存译码输出端。
CD40110中文资料
40110------十进制加减计数器/锁存/七段简要说明：40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。
40110有2个计数时钟输入端CPU和CPD分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。
由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。
40110的进位输出CO和借位输出BO一般为高电平，当计数器从0～9时，BO输出负脉冲；从9～0时CO输出负脉冲。
在多片级联时，只需要将CO和BO 分别接至下级40110的CPU和CPD端，就可组成多位计数器。
引出端符号：BO 借位输出端CO 进位输出端CPD 减计数器时钟输入端CPU 加计数器时钟输入端CR 清除端/CT 计数允许端/LE 锁存器预置端VDD 正电源Vss 地Ya~6g 锁存译码输出端推荐工作条件：电源电压范围…………3V～18V输入电压范围…………0V～VDD工作温度范围M类…………－55℃～125℃E类………….－40℃～85℃极限值：电源电压…...－0.5V～18V输入电压……－0.5V~VDD+0.5V输入电流…………….±10mA储存稳定…………－65℃～150℃引出端排列：逻辑图时钟电路12本设计主要基于CD40110,设计的秒、分时钟电路CD40110 内部集成了计数、译码、锁存器的功能，因此可以省去一些译码芯片，内部有加法器与减法器两种功能，都是十进制的图中的1Hz的信号，可经过555多谐振荡产生，也可以通过晶振32768经过分频得到，也可以通过把市电经过50分频得到还可以加入时间调整，报时模块。
基于CD40110芯片的数字频率计设计
[1] 刘守义,钟苏,等. 数字电子技术基础[M].北京:清华大学出版 社,2007,(8):109- 110.
[2] 阎石,等.数字电子技术基础[M]. 第五版.北京:高等教育出版 社,2005:200- 204.
Digital Cymometer Design Based on CD40110
本电路原理如图 12 所示，采用四片 CD40110 芯片 级联使用，并驱动四只共阴数码管，74LS390 中的两个 十进制计数器 N1 和 N2 级联后，形成量程为×1，×10，× 100，三档，以扩大频率计的量程。R1～R4 为数码管限
流电阻，G1 为对待测信号进行整形器件，G2～G5 作为其 控制脉冲产生电路，其控制脉冲的组合方式如图 13 所 示，频率计可测量的范围为 1 Hz～999.9 kHz，电 路 简 单 实 用 ，调 试 方便 。因此，无论是作为独立的频率计 还是 设 计 成 其 它 仪 器 仪 表 的 辅 助 部 分 ， 都 有 着 广泛 的应用。
1 设计思路
电信号的频率是指电信号在 1 秒钟内完成变化的次 数。利用计数器和控制脉冲对待测信号进行 1 秒钟计 数，在计数禁止期间将其锁存、显示，再将计数器清 零，然后进行下一秒的计数、锁存、显示和清零。如此 反复进行，就能适时的从数码管上显示出待测信号的频 率值，其工作过程如图 1 所示。
ui t
VDD b c d e B0 C0 CPU 16 15 14 13 12 11 10 9
CD40110
12 ag
345678 f TE R LE CPD VSS
图 4 CD40110 引脚图
3 控制脉冲产生电路
控制脉冲应满足控制时序的要求，就是计数使能控
制脉冲应满足 1 秒钟计数，并兼顾锁存器刷新、锁存和
cd40110芯片工作原理 -回复
cd40110芯片工作原理-回复CD40110芯片是一种数字集成电路，可用于输入与输出的逻辑电平转换。
它常用于数字信号处理和控制电路中，具有高速、低功耗和低电压操作等特点。
本文将详细介绍CD40110芯片的工作原理，从晶体管结构、传输逻辑、电源系统和输入输出等方面进行解析。
一、晶体管结构CD40110芯片采用了PNP和NPN双极结晶体管，这种双极结构可以实现高速和高集成度。
PNP和NPN晶体管的结构和工作原理基本相同，都由三个区域组成：发射区（N区）、基区（P区）和集电区（N区）。
PNP 晶体管中，N区为电子提供电子，P区作为基极控制电流，N区收集电子；NPN晶体管中，P区为电子提供电子，N区作为基极控制电流，P区收集电子。
二、传输逻辑CD40110芯片采用了传输门逻辑电路，其中最常用的是单向传输门（MUX）。
该逻辑电路可将多个输入中的一个输入与输出连接起来，通过控制信号来选择要传输的输入信号。
单向传输门的输入被称为数据输入（DIN），而控制信号被称为使能输入（EIN）。
三、电源系统CD40110芯片需要双电源供电，通常为VDD和VSS。
VDD用于提供正电压，VSS用于提供负电压。
这样的双电源系统可以确保芯片正常工作，并抵抗来自环境和其他电路的干扰。
四、输入和输出CD40110芯片具有多个输入和输出引脚。
其中，数据输入引脚（D0-D7）用于接收输入信号；使能输入引脚（E3-E0）用于控制数据输入信号的选择；输出引脚（Q0-Q7）用于输出传输的信号。
五、工作流程CD40110芯片的工作流程如下：1. 通过电源系统供电，确保正常工作电压。
2. 将输入信号接入数据输入引脚。
3. 通过控制信号接入使能输入引脚，选择要传输的输入信号。
4. 根据使能输入信号的不同组合，选择参与传输的数据输入引脚。
5. 输入的数据信号通过选定的传输逻辑进行处理，传输到输出引脚。
6. 通过输出引脚输出传输的信号。
六、应用范围CD40110芯片广泛应用于数字信号处理和控制电路中。
数字逻辑--数字频率计的设计
滁州学院课程设计报告课程名称：数字逻辑课程设计设计题目：数字频率计的设计系别：网络与通信工程系专业：网络工程组别：第四组起止日期:2012年5月28日~ 2012年6月22日指导教师:计算机与信息工程学院二○一二年制课程设计任务书目录1 引言 (2)2 设计要求 (2)2.1题目 (2)2.2系统结构要求 (2)2.3制作要求 (2)2.4扩展指标 (2)2.5运行环境 (2)2.6设计条件 (2)2.7元件介绍 (3)①计数显示器 (3)②74160N (4)③7473N (5)④XFG1 (6)3 整体设计方案 (7)4 详细分析 (8)4．1单元电路设计 (8)4．2控制电路 (8)4．3关于JK触发器 (9)4．4测试 (10)5 调试与操作说明 (10)5.1第一次仿真 (11)5.2第二次仿真 (11)5.3第三次仿真 (12)5.4第四次仿真 (12)6 课程设计总结 (13)7 致谢 (14)8 参考文献 (14)1 引言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的形式显示出来。
数字频率计应用于测量信号（方波、正玄波或其他周期信号）的频率，并用十进制数显示。
它具有精度高、测量速度快、读数直观、使用方便等优点。
2 设计要求2.1题目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。
①频率测量范围：1HZ~10HZ。
②数字显示位数：四位静态十进制数显示被测信号的频率。
2.2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，档位转换用于选择测试的项目—频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位2.3制作要求①被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。
②测量频率范围：1Hz~10kHz。
基于单片机的数字频率计的设计
1前言频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。
由于频率信号抗干扰性强，易于传输，因此可以获得较高的测量精度。
随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，测频原理和测频方法的研究正受到越来越多的关注。
1.1频率计概述数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
它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、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，经常要用到频率计。
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组成，产品不但体积大，运行速度慢而且测量低频信号不准确。
本次采用单片机技术设计一种数字显示的频率计，测量准确度高，响应速度快，体积小等优点。
1.2频率计发展与应用在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。
单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。
单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。
单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。
其中以AT89S52为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。
2 系统总体设计2.1测频的原理测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行计数”。
被测信号，通过输入通道的放大器放大后，进入整形器加以整形变为矩形波，并送入主门的输入端。
由晶体振荡器产生的基频，按十进制分频得出的分频脉冲，经过基选通门去触发主控电路，再通过主控电路以适当的编码逻辑便得到相应的控制指令，用以控制主门电路选通被测信号所产生的矩形波，至十进制计数电路进行直接计数和显示。
基于CD40110的电子钟设计
数字电路课程设计报告设计课题：基于CD40110的电子钟设计专业班级：电子信息工程1702学生姓名：学号：指导教师：设计时间：2019.4——2019.5基于CD40110的电子钟设计一、设计任务与要求任务：用CD40110芯片制作电子钟；要求：能显示小时、分钟、秒钟。
二、方案设计与论证（至少二个方案比较）电路通电后，震荡电路产生1Hz信号并被芯片CD40110接受，并且通过4个单体共阴极数码管显示，即电子钟记时。
1.原理分析：电路接通后，由Ne555芯片制作的震荡电路开始起震，产生1Hz信号，当上升沿信号输入CD40110芯片 CPu端口时开始从0计数，通过CD40110的Ya～Yg端口输出到共阴极数码管显示。
并且通过74ls11来控制电路实现秒钟60进制、分钟60进制和时钟24进制（60进制用十位上6控制，即g、f、e连接端；24进制用的是个位4上的g、f，十位2上的g控制）2.原理分析：电路接通后，由分频电路产生1Hz信号，当上升沿信号输入CD40110芯片CPu端口时开始从0计数，通过CD40110的Ya～Yg端口输出到共阴极数码管显示。
并且通过74ls11来控制电路实现秒钟60进制、分钟60进制和时钟24进制（60进制用十位上6控制，即g、f、e连接端；24进制用的是个位4上的g、f，十位2上的g 控制）两个方案对比来看，很明显就是信号源电路的设计的方案不一样，显而易见方案二中消耗的资源多，对比方案一来看要用较多的芯片。
通过分析，结合设计电路性能指标、器件的性价比，本设计电路选择方案一。
三、单元电路设计与参数计算（功能部分电路）1.信号源：1Hz震荡电路将参数R1=10k，R2=10k,C=47uf,带入可计算得:f=1Hz功能部分电路如图3所示。
图3 1Hz震荡电路四、总原理图及元器件清单1．总原理图图4-1 电子钟电路2．元件清单表1 元件清单元件序号型号主要参数数量备注（单价）单位：元R1、R2 定值电阻10k 2 0.07 R 定值电阻1k 42 0.05 NE555 555定时器 1 0.89CD40110 6 2.2 C1 电解电容47uF 1 0.03C2 瓷片电容0.01 1 0.0174LS11 3输入与门 2 2.006 0.37共阴极数码管五、安装与调试1.电路安装将电路的接地端与实验箱地相连，电源端与实验箱+5v电源相连，将1Hz震荡电路输出端与时钟部分电路输入端相连。
简易数字显示频率计的设计
简易数字显示频率计的设计摘要：本文应用NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路，实现可测量1HZ-99HZ这个频段的数字频率计数器。
关键词：脉冲；频率；计数；控制1 引言在电子技术中，频率是最根本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有非常亲密的关系，因此频率的测量显得很重要。
测量频率的方法有很多,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。
2 电子计数器测频方法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。
数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
如配以适当的传感器，可以对多种物理量进展测试，比方机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。
因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
3 简易数字频率计电路组成框图本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路。
从单元电路的功能进展划分，该频率计由四大模块组成，分别是电源电路、时钟电路〔闸门〕、计数译码显示电路、控制电路〔被测信号输入电路、锁存及清零〕。
电路构造如图1所示。
图1 简易数字频率计电路组成框图4 单元模块电路设计4.1电源电路在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。
小功率的稳压电源的组成如图2所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
图2 电源电路220V市电经220V/12V变压器T降压，二极管桥式整流电路整流，1000uF电容滤波后送人7809的输入端〔1脚〕。
7809的第二脚接地，第三脚输出稳压的直流电压，C7、C8是为了进一步改变输出电压的纹波。
基于51单片机的数字频率计课程设计学士学位论文
摘要MAXIM是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。
传统的数字频率计大多采用74LS系列数字集成电路直接测频，在使用过程中存在电路结构复杂，测量精度低、故障率高、维护不易等问题。
于是，随着芯片技术的发展，很多芯片被应用到频率计的设计当中。
一种是专用芯片，如利用MAXIM 公司的ICM7240制作的频率计。
其特点是简单易行,但由于这种芯片的最高计数频率仅有15MHz，远不能达到在一些场合需要测量很高频率的要求,而且测量精度也受到芯片本身的限制。
以单片机为主再附加一些外围电路来设计数字频率计，采用这种方案有一个很大的优点，那就是可通过单片机的软件设计，采用适当的算法，取代很多以前用硬件实现的电路，这不仅能弥补以往频率计测量精度低、故障率高、维护不易等不足，而且性能也得到了很大的提高。
关键字：MAXIM 74LS MAXIM 高频率芯片目录第1节引言................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1数字频率计概述............................................................................................................ - 1 -1.2频率测量仪的设计思路与频率的计算........................................................................ - 2 -1.3 基本设计原理............................................................................................................... - 2 - 第2节数字频率计（低频）的硬件结构设计........................................................................ - 3 -2.1 系统硬件的构成........................................................................................................... - 3 -2.2 系统工作原理图........................................................................................................... - 3 -2.3 AT89C51单片机及其引脚说明 ................................................................................ - 4 -2.5 时基信号产生电路：................................................................................................... - 7 -2.6显示模块........................................................................................................................ - 8 -1）、主要功能.............................................................................................................. - 8 -2）、技术参数.............................................................................................................. - 9 -3）、时序特性表.......................................................................................................... - 9 -4）、引脚和指令功能................................................................................................ - 10 -5）、显示位与DD RAM 地址的对应关系 .............................................................. - 11 -6）、初始化方法......................................................................................................... - 11 - 第3节软件设计.................................................................................................................. - 12 -3.1定时读数...................................................................................................................... - 13 -3.2量程转换...................................................................................................................... - 13 -3.3 BCD转换 .................................................................................................................... - 13 -3.4LCD显示的功能.......................................................................................................... - 13 - 结束语......................................................................................................... 错误！未定义书签。
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7）。
CPU
信号处理
CPD
CD40110
控制逻辑 计数器
CO
BO
R
TE LE
锁存 译码 驱动
a g
CD4060
图 5 CD40110 内部结构图
（3） 选择双二－五－十进制计数器[1]74LS390 作为 频率计的量程选择，选择带施密特触发的反向器 74LS14 作为输入信号整形和非门使用，电路的控制脉 冲选用三输入与非门 74LS10 作为控制脉冲的逻辑门。
图 6 控制脉冲产生电路
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第2期
熊建平： 基于 CD40110 芯片的数字频率计设计
Q12 Q13
Q14 计数 Q14
停止
LE 刷新
计数 锁存
图 7 控制脉冲产生电路时序图
4 电路调试与解决的问题
（1） 延迟时间问题。 现象：在完成频率计的调试后，把 CD4060 的 Q4 端输出脉冲作为校准信号连接到待测频率端，从数码 管的显示发现，在一个计数控制周期内，数码管大多 数时间显示 0，只在极短时间内显示频率值。 问题所在：在图 7 中的 t 点处，由于逻辑门延迟时间 的影响，使得清零脉冲先于锁存脉冲Δt 时间达到高电平 的最小值 UOH min，如图 8 所示，即锁存器尚未锁存，清零 脉冲已将计数器清零，锁存器二次刷新为“0”，锁存器最 终锁存的是“0”，导致仅在锁存器的刷新时间 （解锁存负 脉冲期） 内显示频率数据，这是造成上述现象的原因。
R 清零
图 10 初次改进后的控制脉冲时序图
（2） 竞争与冒险问题[2]。 现象：经初次改进后的电路通电后发现，只有一 半时间显示频率数据，另一半时间还是显示 0。 问题所在：既然频率计有一半时间显示正常，无 疑这一半时间位于计数器停止计数期间，说明在这期 间锁存器的刷新、锁存正确。显示 0 的时间应位于计 数器计数期间，这表明在图 10 中 LE 脉冲的点 t’处可 能存在塌陷。由时序分析进一步表明，在 t’时刻，G5 门的两个输入信号 Q13 和 Q14 同时向相反的方向变化， 造成输入竞 争 和 输出 冒 险 。在 Q13 下 降 到 QOH min 时 ， Q14 还没有上升到 UOH min，于是在 G6 门的输出端产生 极窄的负尖脉冲，这个负尖脉冲显然发生在计数器清 零之后，它使锁存器再次刷新锁存为“0”。竞争与冒 险产生的负尖脉冲示意图如图 11 所示。
实训用频率计是数字集成电路综合实训项目，它主要 由输入 / 计数 / 锁存 / 显示电路和控制脉冲发生器两大部分 构成，其中输入 / 计数 / 锁存 / 显示电路是本项目的核心， 控制脉冲发生器的电路实现、调试、分析和改进是本项目 的关键。它主要解决的技术问题在于： （1）多功能数字 集成芯片的选用；（2）门电路的延迟时间对控制影响的分 析与解决；（3）竞争与冒险对控制影响的分析与解决。
补塌陷，但因符合条件的“桥脉冲”不易获得而放
弃。最后采取增加冗余项 Q12，使得：
LE=Q12 +Q13+ Q14
（3）
由还原率和摩根定律：LE=Q12 Q13 Q14
（4）
将锁存脉冲改进为由与非门来实现，理论和实验
都表明，竞争和冒险消失，电路工作稳定可靠。
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顺德职业技术学院学报
第7卷
5 电路的最终实现
第7卷 第2期 2009 年 6 月
科技与应用
顺德职业技术学院学报
Journal of Shunde Polytechnic
基于 CD40110 芯片的数字频率计设计
Vol. 7 No. 2 June 2009
熊建平
（深圳职业技术学院 电子技术基础实训室， 广东 深圳 518055）
摘 要： 介绍了一种频率计的开发过程， 采用多功能、 高集成度的 CD40110 芯片简化 电路， 通过对 CD4060 芯片时序分析， 获得了理想的控制脉冲组合， 解决了实训项目中 的延迟时间和竞争冒险问题， 从而设计出简单实用和调试方便的频率计。 关键词： CD40110； 控制脉冲； 竞争冒险； 频率计 中图分类号： TM935.13 文献标志码： A 文章编号： 1672-6138（2009）02-0015-04 DOI： 10.3969/j.issn.1672-6138.2009.02.005
频率 0.5 Hz，幅度为 0～5 V，占空比 50%。从减小控制
脉冲的频率误差方面考虑，取 CD4060 的 Q14 端 （214 分 频端） 输出的脉冲作为计数使能控制脉冲，即 TE1=Q14， 其它各级 TE 端直接接地，计数恒允许，这样既不影响
计数，又使电路更加简单可靠。
（2） 锁存脉冲和清零脉冲电路。
CD4060
12345678 Q12 Q13 Q14 Q6 Q5 Q7 Q4 VSS
图 3 CD4060 引脚图
门构成，外加定时元件后可组成多谐振荡器，其振荡周 期约为 T=2.2RC；另一部分为 14 级分频器，最高分频比 为 16384 （21）4 ，最低分频比为 16 （2）4 ，输出脉冲幅度为 0~0.5 V，占空比为 50％，R 为清零端，高电平有效。
参考文献：
[1] 刘守义,钟苏,等. 数字电子技术基础[M].北京:清华大学出版 社,2007,(8):109- 110.
[2] 阎石,等.数字电子技术基础[M]. 第五版.北京:高等教育出版 社,2005:200- 204.
Digital Cymometer Design Based on CD40110
1 设计思路
电信号的频率是指电信号在 1 秒钟内完成变化的次 数。利用计数器和控制脉冲对待测信号进行 1 秒钟计 数，在计数禁止期间将其锁存、显示，再将计数器清 零，然后进行下一秒的计数、锁存、显示和清零。如此 反复进行，就能适时的从数码管上显示出待测信号的频 率值，其工作过程如图 1 所示。
ui t
图 12 频率计原理图
6结语
图 13 频率计时序图
本文设计的频率计经历了初步设计、试验、改进、再 试验、再改进等几个阶段，其间发生了两次理论上可以实 现，而通过试验却存在缺陷的现象，这是因为理论通常是
对理想化的模型进行分析，忽略了诸多因素，所得的结论 与实践往往存在偏差，这就是项目的工程性所在。
在本项目的开发过程中，曾两度陷入困境，第一次 是因为没有考虑芯片内触发器的延迟时间，造成控制错 误；第二次是因为竞争和冒险的影响使得锁存错误，后 经过艰辛的努力，一一化解。事后把化解过程贯彻于教 学，成为了典型的范例。
经过对 CD4060 输出脉冲的时序分析后发现，只需
使 R=Q13Q14，LE=Q13+Q14 即可满足控制时序的要求。 （3） 振荡电路中定时元件参数的确定。
由于已经取定 CD4060 的 Q14 端输出脉冲为计数使 能控制脉冲，并要求频率为 0.5 Hz， 则 CD4060 内置多
谐振荡器的振荡频率为：
cp（计数控制脉冲）
1s 计数
刷新锁存
t
计数器清零
图 1 频率测量原理图
频率计是一种测量电信号变化快慢的仪器设备，它 主要由计数、锁存、译码、驱动、显示和控制电路组 成，其结构框如图 2 所示。
待测信号
整形
计数
计 数Biblioteka 清 零锁存 控制器
译码
驱动
显示
多谐振荡器
图 2 频率计结构框图
2 芯片选择
（1） 选择 CD4060 芯片作为控制脉冲发生器的主要 器件：CD4060 是 CMOS 系列的 14 级异步二进制计数 / 分频 / 振荡器，其引脚如图 3 所示。
UOHmin R
UOHmin LE
△t 图 8 逻辑门延迟时间的影响示意图
解决方法：把清零脉冲后移，就能解决上述问题。 这只需把 CD4060 输出脉冲 Q12、Q13、Q14 相与后作为 新的清零脉冲即可，初次改进后的控制脉冲发生电路 与其时序图分另如图 9、图 10 所示。
CD4060
图 9 初次改进后的控制脉冲产生电路
f0=214×0.5 Hz=8192 Hz
（1）
振荡周期为：T0
=
1 f0
=
1 8192
s
（2）
由相应的工程原则，先确定电容，取 CT=20pF，定
时电阻 RT 由经验公式 T≈2.2RTCT 算得参考值，再通过
反复调试得：RT≈2.2 MΩ。C 为频率校正电容，其电容
量的大小应通过电路调试获得。
由此得到控制脉冲产生电路 （图 6） 和时序图 （图
实践性教学环节是电子职业技能培训和电子高等职 业技术教育的重要组成部分。把握电子技术的发展方 向，跟踪电子技术的最新成果，开发出简单实用、稳定 可靠、技术先进的实训项目，是一个职业技术教育工作 者的职责所在。实训用频率计就是按照实训教学特点开 发出来的，它除了具有通用频率计的基本功能外，更重 要的是具有实训教学的功能。
它主要由两部分构成：一部分是振荡器，由二级非
收稿日期： 2009- 02- 10 作者简介： 熊建平 （1980-），男，江西丰城人，讲师，硕士，研究方向：电子信息工程。
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顺德职业技术学院学报
第7卷
VDD Q10 Q8 Q9 R CP1 CP0 CP0 16 15 14 13 12 11 10 9