数字频率计的设计说明书
数字频率计设计与实现说明书
6th International Conference on Machinery, Materials, Environment, Biotechnology and Computer (MMEBC 2016)Design and Implementation of FPGA-Based Digital Frequency MeterHUANG rui1,a1Chongqing college of electronic engineering， Chongqing， 401331,China）a*****************Keywords: FPGA, Digital Frequency Meter, Design and ImplementationAbstract. Development of EDA technology has changed the traditional electronic design methods. Widely used in large-scale FPGA and other programmable logic devices, electronic design and software programming becomes as easy and quick. Advances in electronic design technology, but also changed the traditional frequency meter design. It exists conventional frequency measurement method using an analog circuit frequency characteristic measurement frequency, but also the use of a digital pulse counting frequency measurement method. With the development of digital circuit technology to pulse count based on the law derived from a variety of improved digital frequency measurement method, measurement accuracy, fast response measurement and other aspects have been greatly improved. This paper analyzes the direct frequency measurement method and measurement principle cycle frequency measurement method, which are explained in frequency measurement method of producing ± 1 count error reasons.IntroductionFrequency meter design technology with the development of electronic circuit technology and gradually move forward, the early frequency meter design using discrete components, long design cycles, poor stability, and the finished product volume, high power consumption. Development of digital electronic technology and integrated circuits, so that the digital frequency meter wide applications, digital frequency meter circuit and microcontroller unit can be used to design and implementation. Compared to a discrete piece of frequency meter, a digital frequency meter to improve the stability, reducing the volume, but there is still a digital frequency meter circuit complex, long design cycles and other shortcomings, digital frequency meter measuring range is limited, to measure signals of different frequencies are designed to be a part of the circuit, poor flexibility. 20th century, with the development of microelectronics technology advances and computer technology, both in the mutual promotion to FPGA family, represented by application of programmable logic devices becoming more common. Programmable logic device programmed by the universal integrated circuit integrated onto a single silicon chip the size of a small, exponentially reducing the size of the circuit, and because traces short, reduce interference and increase system reliability. Because such devices can be reconstructed through software programming and its structure and working methods of the hardware, such as hardware design software design as convenient, it brings a great deal of flexibility in the design of digital circuit system. With the integration of programmable logic devices have been expanding, continuously improve and enhance their own computer-aided design technology capabilities, EDA in modern electronic system design field was born.Study of Frequency Measurement TechniqueCurrently, many methods for measuring the frequency accuracy of the measurement depends on the frequency characteristics of the frequency range of the measurement and the measured object. The measurement accuracy can be achieved, as the clock frequency depends not only on the accuracy of the criteria used, but also on measuring apparatus and methods used. Next, several types of commonly is used frequency measurement methods briefly. Direct Reading frequency measurement using the frequency characteristics of the circuit is the frequency interpretation. Direct Reading measured frequency of the bridge frequency measurement method, resonance frequency measurement method, frequency - voltage conversion frequency measurement method.Comparison of frequency measurement method is to use standard frequency fc and compare the measured frequency fx, when the standard frequency is adjusted to the measured frequency equal means zero meter (zero indicator) it means zero, and the value that is measured frequency standard frequency value. Comparison of measured frequency can be divided into the beat frequency measured and difference frequencies measured frequency models. The former is to be measured frequency signal and standard frequency signal superimposed on the linear element to generate a beat frequency. The latter is to be measured frequency signal and standard frequency signal in the non-linear mixing element. Currently beat frequency absolute error measurement frequency of about a few tenths of hertz, the frequency of the difference frequency measurement error can be orders of magnitude better than 10-5, the minimum detectable signal level of 0.1μV ~ 1μV. Beat frequency and differential frequency method in routine situations rarely used.Measurement frequency counting method is commonly used in digital frequency meter, the basic frequency measurement method. Count is the number per unit time of the periodic signal is counted. The accuracy of counting frequency measurement depends on the accuracy and error counts the reference time. The design uses a counting frequency measurements, the following notation for frequency measurement and frequency measurement principle based on several methods of counting method for detailed analysis.FPGA Structure and Working PrincipleFPGA is a field programmable logic array (Field Programmable Gate Array) abbreviation. It CPLD (Complex Programmable Logic Device, complex programmable logic devices), is currently used for a class of large-scale programmable logic devices.For combinational logic circuit, the current output is always a function of the current input, and when the fixed circuit configuration, the same amount of input, output does not change. The combinational logic circuits are shown in Fig.1.Fig.1 Combinational logic circuit examplesTruth table determines the logical relationship between input and output. The truth table and random access memory link, we will see if the input A, B, C as random access memory address input A2, A1, A0, the output P, Q can be seen as corresponding to the address memory the data stored in the storage unit D1, D0. . The memory cells each store different data, data (output) Address (input) and the storage unit may be constituted of a combination of different logic. This basic principle is implemented with random access memory (RAM) programmable combinational logic. FPGA programmable logic forming method is based on this principle programmable lookup tables (LookUp Table, LUT) structure. LUT is programmable logic constitutes the smallest unit. Most of the structure is formed using FPGA-based SRAM (static random access memory) look-up table logic, SRAM is used to form the logic function generator. Currently FPGA Multi-use 4-input LUT, so every LUT can be viewed as a 4-bit address lines 16 × 1 of RAM. All possible outcomes when the user development environment by the EDA schematic or HDL language to describe a logic circuit, the development of EDA software will automatically calculate the logic circuit, and the results pre-write RAM, so that each input signal logic operation is equivalent to input an address look-up table to find the address of the corresponding content, then the output can.FPGA-Based Frequency Meter DesignFrequency measurement and display the entire frequency meter control module is the core module for the fully digital circuit, using FPGA devices using VHDL programming to achieve. Frequency measurement part of multi-period synchronous frequency measurement method which achieve equal precision frequency measurement, measurement accuracy only and the reference frequency signal frequency, accuracy and relevant gate opening time, and frequency of the signal is independent, enabling a wide range of equal precision frequency measurement. The signal frequency measurement portion from the signal shaping module, as all pulse counting frequency measurement can only receive pulse signal, the signal must be shaped to form a pulse signal and the signal with the frequency. Reference frequency measurement part (clock) signal generated by the "reference frequency (clock) signal modules." Gate signal generator preset gate signal, because it is programmed, long can be programmed to modify all open gate signal. Operator by the formula fx = (Nx / Nc) • fc calculate the frequency value of the measured signal, the operator of multiplication and division operations include two operations. The display control section includes a BCD code converter, decoder latch two sub-modules. Frequency operator is obtained in binary form, to be displayed in decimal form and it must be BCD code converter, in the form of BCD code to decimal. Frequency meter display portion using 7-segment, so the decoder, the latch complete display decoder BCD code, and also has stored decoding function.The module generates a reference frequency signal frequency measurement using the standard clock pulse signal, also known as the clock signal module. The module uses a crystal oscillator and the corresponding hardware circuit to generate the standard clock signal, in addition to providing a reference clock signal frequency signal frequency measurement section 1 of the counter, but also provides the timing clock signal to the gate signal generator.The form of the signal is varied, based on the pulse count after the frequency measurement can only accept pulse frequency signal, the signal must be shaped to form the measured signal with the pulse signal frequency to frequency values measuring. Frequency response characteristic of the signal shaping module also determines the frequency measurement frequency range of the upper frequency.To simplify the design, frequency meter to display only the integer portion of the measured signal frequency value. Display module uses six seven-segment LED display. Because the seven-segment decoder, the latch circuit has the frequency measurement display module design is completed, the six digital tube directly to the FPGA pins to the corresponding output, but also consider the issue of digital drive tube.Power modules provide the required standard for the entire voltage frequency meter modules. After the power module 220V AC power input, transformer rectifier, regulator device through the output DC voltage required by the system stable.Frequency Meter Design and Implementation of the Functional ModulesFrequency measurement and display control module design using top-down design approach. First, the module is according to the functions are divided into several sub-modules, and then were using VHDL, and finally through the top-level design file to each sub-module assembled together to complete frequency measurement and display control functions.A reference frequency signal is measured based on the frequency, and in the design of the reference frequency signal is also used as a timing clock signal multiplier, divider, BCD code converters, etc. Cyclone series FPGA devices contained in the present design uses high-performance embedded analog phase-locked loop (DPLL performance is far superior), the phase-locked loop (PLL) can be synchronized with the clock signal input, and the input clock as PLL reference implementation, and the input clock frequency multiplier or do 1 to 32 division. Compared with the clock directly from the external, internal clock this chip can reduce the clock delay and clock distortion, reduce chip interference, but also can improve the set-up time and holdtime clock.Although the measured signal is a periodic signal, its form may be varied. But the frequency measurement signal module can only be measured in the form of pulses, so before the measurement to the measured signal shaping, the different forms of signals organized into periodic pulse signal.Frequency measurement system consists of different chips, each chip required supply voltage have different requirements, so the requirements of the power supply module to provide multiple voltage value. FPGA devices are used in this design Altera's EP1C3T144C8, core voltage of the device is 1.5V, I / O voltage of 3.3V, FPGA need to provide + 1.5V and + 3.3V dual voltage; inverting oscillator circuit 74LS04 devices require + 5V voltage; LM361 the standard voltage Vcc is + 5V, V + and V- voltage range is wide, V + requires 5V ~ 15V, V- between -6V ~ -15V.The design of frequency values are measured by the six seven-segment LED display. Since the latch function display decoder and decoding of digital values in the FPGA design has been completed, so the FPGA output can directly access input digital tube display frequency value. However, due to limited FPGA drive capability, it said only a theoretical point of view, the actual application, but also to access the digital front tube drive circuit, here we use ULN2003 as digital tube driver.ConclusionFrequency meter is one of the commonly used electronic measuring equipment. With the development of electronic technology, design methodology frequency meter are gradually moving forward. Discrete pieces from the early to the integrated circuit, LSI, this process must have the appropriate design features components to complete. When the development of electronic design EDA technology, the emergence of large-scale, ultra-large-scale programmable logic device, the electronic circuit includes a frequency meter design becomes more simple and convenient, and without changing the hardware structure on the basis and may be changed according to design requirements design, different functions and even complete systems with the same hardware circuit design. Based on the analysis and comparison of several commonly used based on the frequency measurement method, synchronous frequency measurement method according to the design need to use a multi-cycle frequency meter design. As a result of EDA design technology, most of the design work is done on the computer and logic simulation is completed by the middle of the computer. References[1] W. Zhou. Systematic Reseach on High-Accuracy Frequency Measurements and Control.Shizuoka University.Doctor Dissertation, 2000:15-24,90-96[2] M.A.A .Sour, H.I.Saleh. An FPGA Inplem Entation Guide for Some Different TypesOfserial-Parallel Multiplier Structures. Microelectronics Fournal, 2000, 31(3):161-168[3] W.Zhou. Some New Method for Precision Time Interval Measurement. Proceedings Of The1977Ieee International Frequency Control Symposium, 1997,418-421[4] R.A.James, F. Gallgray. Vhdl Design Expression and Synthesis of Vhdl. Cambridge: HarvardUniversity Press, 2001[5] C.Altera. Configuration Devices For Sram-Based Lut Devices. 2002.[6] F.W.John. Digital Design Principles And Practices,2001.[7] M.M.Mano. Digital Design, 3rd Ed. Prentice Hall Usa,2002.。
数字频率计的说明书
目录页数1. 产品介绍.................................................................................1-1.简述……….……………………………………………….1-2.特性…...…………………………………………………... 1 1 12. 技术规格 (2)3. 使用前之注意事项……………………………….…………...3-1.拆开包装…………………..………………….…………...3-2.使用电源…………………...…………………..………….3-3.设备安装和操作………………………...………………...3-4.预备工作………………………………………………….. 3 3 3 4 44. 面板介绍 (5)5. 应用…………………………………………………………….5-1.灵敏度………..……………………………………………5-2.输入灵敏度特性………………...………………………...5-3.最大输入电压…………..………………………………...5-4.典型应用…………………………………………………..7 71011 116. 电路描述…………………..……………………………...…...6-1.工作原理……………………………..…………………....6-2.频率测量精度 (13)13147. 维护……………..……………………………………………..7-1.标准的校准方法………………….………………………7-2.清洁…..…………………………………………………... 18 18 181. 产品介绍1-1.简述GFC-8010H是一台高输入灵敏度20mVrms, 测量范围0.1Hz~120MHz的综合计频器.最新半导体技术的应用使仪器具备简洁,高性能,高分辨率和高稳定性的特点.1-2. 特性另外,此计频器还具备以下特性:●分辨率高达1μHz.●线性滤波器被密封在静电噪声区以扺制噪声的影响.●低通滤波器保证了低频的精确测量.●结构简洁,重量轻.●低功率消耗.●高质量的晶体保证了精确的频率测量.12. 技术规格灵敏度(rms) 10Hz~10MHz 10mV 10MHz~40MHz 20mV 40MHz~80MHz 35mV 80MHz~120MHz 50mV输入阻抗1MΩ35pF.最大输入电压150Vrms.耦合系统交流耦合时基晶振频率: 10MHz.老化率: ±1×10-6/月.温漂: 25℃±5℃±5×10-6.0℃~50℃±2×10-5. 精度1Hz + 1位数+时基误差计数容量8个十进制位显示系统数字发光二极管显示闸门时间0.1 s, 1 s, 10 s 开关可选最大分辨率1μHz (10Hz 范围,10s门时间) 0.1Hz (100MHz范围,10s门时间)工作温度范围0℃~40℃储存温度范围-10℃~+70℃功率消耗大约5W.电源要求100V, 120V/220V/230V±10%, 50/60Hz. 尺寸大约245(W) × 95(H) × 280(D) m/m.重量大约1.7kgs.附件操作手册……………………× 1 测试线GTL-101 …………..× 1233.使用前之注意事项 3-1. 拆开包装仪器在出厂前已被检测过.收到仪器后,请打开包装检查是否有运输过程中造成的损坏.若有,请及时与运货商或供货商联系.3-2. 使用电源仪器的使用电源可以是以下表格中任一种.请检查后面板上所标示的电源并替换相应的保险丝.警告: 为避免电击, 请务必将电源线保护接地端子接地.当使用电源改变,请按以下表格所示替换保险丝:使用电源 范围 保险丝 使用电源 范围保险丝100V 120V 90-110V 108-132V T160mA 250V 220V 230V 198-242V 207-253V T100mA 250V警告: 为避免人身伤害,换保险丝前请不要连接电源线.3-3.设备安装和操作请确保该仪器在适当的环境下使用.如果该仪器的使用未遵循规定,可能会造成对仪器的损坏.3-4.预备工作1)当阻抗是1MΩ,最大输入电压取决于频率和SENSITIVITY开关的位置,其相互关系如图６所示,此图表中的值须严格对应.初始时将SENSITIVITY开关打到1/10,如果此计频器不计数,将SENSITIVITY开关打到1/1范围并进行测量.此步骤可以降低损坏输入电路的危险性.2)选择交流电源100V, 120V, 220V, 或230V±10%.3)在0~40℃的环境温度下使用该计数器. 不要将仪器放在高温设备的顶上, 并保证仪器周围环境的通风.4)不要让水渗进仪器,也不要剧烈振动仪器.5)若仪器在特别嘈杂的环境中使用,在电源里加入噪声滤波器.6)测量低频时,按下低通滤波器开关,可以削弱高频成分,以防止可能出现错误触发.44. 面板介绍(1). Counter Input BNC 型接口(2). ATT, 1/1, 1/10 输入灵敏度(衰减)按钮.1/1 : 输入信号被直接连接到输入放大器.1/10: 输入信号衰减率为10.(3). LPF ON/OFF 低频测量时,将此键打到ON位置,插入输入信道一个100KHz低通滤波器.(4). FREQ/PRID 用此键选择频率测量或周期测量.(5). Gate TimeSelector用此按钮选择10s,1s或0.1s的门时间.(6). Power ON/OFF 电源开或关用此按钮.(7). Gate Time(LED) 显示设定的闸门时间10s,1s或0.1s(8). Over (LED) Over 指示灯亮表示一个或多个有效数字无法显示.(9). Displayed (LED) 频率值以８位数字显示.(10) Exponent andunits(LED) LED指示灯显示单位S和Hz,指示测量值指数如下:k=1000 M=1,000,000G=1,000,000,000 m=1/1000 μ=1/1,000,000 n=1/1,000,000,0005前面板图１. 前面板65. 应用5-1. 灵敏度灵敏度(或衰减器)开关对一般仪器的作用是保护输入电路和防止仪表超出量程.对计频器,灵敏度仍然起着这个重要的作用.迟滞一般发生在计数器的信号整形电路中.为了增强计频器对噪声的抵制,即使噪声低于迟滞(hysteresis),此电路也将不工作.这个信号整形电路是施密特电路(Schmitt Circuit),其作用图如下:图. 2 施密特电路作用图7根据图2,当输入电压为V+,输出为相对高的电压;当输入电压为V-, 输出为相对低的电压,电压差V H=(V+)-(V-)叫作迟滞电压. 若输入电压为图3中任一种情况,施密特电路将不工作,也无输出.图. 3 施密特电路不工作的状态从以上的描述中可以看出施密特电路是否工作取决于决定输入电压幅值大小的灵敏度.图4是合适选择灵敏度以防止错误计频的例子:(a)通过选择合适的灵敏度以正确对一个失真信号进行计频.当输入信号太大时,杂波也会被计频,所显示的实际上是未知频率的两倍.(b)若高频噪音信号迭加到未知信号并且输入施密特电路的电压过高,计频会发生错误.但选择合适的灵敏度可以获得正确的计频.8图. 4 9满足以下两点可以防止错误的计频:a)使噪音电压的峰峰值小于ＶH.b)当未知信号的峰峰值大于ＶH,测量时先将灵敏度设在1/10,然后再将其设在1/1以保护输入电路并避免错误的计频.5-2. 输入灵敏度(Sensitivity)特性这台仪器的输入灵敏度如图5所示.图. 5 输入灵敏度特性105-3. 最大输入电压最大输入电压(Input Voltage) V s频率特性如图6所示.图. 6. 最大输入电压-频率5-4. 典型应用下面是典型的几个应用:1).对于发射器或接受器的输出频率测量(输出功率在1W左右),仅仅需要将一圈带夹的导线接到天线以外几十厘米处,具体距离取决于输出的幅值.2).当进行振荡器阶段,乘法器阶段,及输出阶段的频率跟踪测量,则利用一个2-3圈的细线,将信号耦合到每一个线圈.(输入电容与多圈导线在谐振频率时可能引起谐振.)注意: 因为此产品有很高的灵敏度,当测试人员触到带夹线的红端(非接地端),感应现象可能会引起错误的计频.因此,11按以上方法进行测量时请把持住黑色夹和与之同轴的电缆.3).测量一般都可通过将带夹线黑的一端连到地,红的一端接到测试点进行.4).若电缆电容对测试电路有影响(当测量圈状的电路或高阻抗电路),测量前将一个高阻与带夹线串联插入.进行4)和5)的测量时,确保带夹线黑的一端连到地.如果可能的话,将此电缆接地到测试电路的地端.这个步骤可降低噪音的影响.除了(1-5), 利用计频器的特性还可进行其它不同的测量.126. 电路描述6-1. 工作原理为了更好地利用此频率计数器,充分理解电路是有用的.我们尽可能利用最新的集成电路技术以降低该产品的价格同时减小电路的复杂性,提高稳定性.假设输入信号到达10MHz~100MHz并输入到主板上标明的CHA.此信号首先由Q201~Q202放大.电路中的三级放大器标识为U202,是ECL逻辑电路.在线性误差范围内,每一级放大器在反馈之前的增益为5.Q203和Q204将ECL电平转变成TTL 电平.此信号直接被传送到计数器IC U301.IC U301提供此计频器的所有功能,通过LED显示结果.使用电源经变压器成为9V输入信号,U201调节此9V电压以纠正电路.当电源开关打在“on”位置,大约5.0V电压输入电路.136-2. 频率测量精度测量精度频率测量精度由以下两点决定:1)±1计频.2)时基精度.±1 计频的误差由数字表的特性和闸门信号(Gate Signal)与输入信号的相位差关系所决定.如图7,计频结果多1或少1取决于相位差.图. 7 ±1 计频误差14高精度测量振荡器的时基精度几乎完全由晶振特性所决定.时基规格如下: 振荡频率10MHz老化率1×10-6/月温漂5×10-6(25±5℃)±2×10-5 (校准环境温度0~40℃) 这台仪器中的晶振温度特性如图8所示.从中可看出温度系数最大为2×10-5.图. 8 晶振温度特性15晶振的温漂: 2×10-5(温度0~60℃) 25℃为参考. 选择0~60℃的温度范围是因为仪器内部的温升约20℃,而适合晶振的环境温度范围为:0~40℃.假设晶振的环境温度为25℃,频率为10MHz,则根据最大温漂和晶振频率,可能产生的误差为(10x10６)x(2x10-5)=2x102Hz.在实际应用中,以下两种情况会产生最糟的情况:1)在0℃的环境温度(Ambient temperature)下一打开仪器电源开关(Switch ON)即进行频率校准;在40℃的环境温度下打开仪器电源开关长时间后(Time elapsed after switch ON)进行测量.2)在40℃的环境温度下打开仪器电源开关长时间后进行校准;在0℃的环境温度下一打开仪器即进行测量.在这些最糟的情况下,保证精度4×10-5(校准温度:0~40℃) 即0.004%.图. 9 晶振上升特性范例16在实际应用中,上述最坏的情况几乎从未踫到过而且一直保持着高精度状态.图9为上升特性的一个范例,精度随着温度的变化而变化.如图所示,打开开关后50分钟,此仪器的晶振到达热平衡状态.发货前,此仪器在25℃的环境下校准了60分钟.如果仪器在打开开关1小时后开始工作且是在20~30℃的环境下校准,则即使用最糟的晶振也可保证精度5x10-6.5x10-6(25±5℃)用百分比表示为0.0005%.老化率1×10-6/月表示在恒定常温下一月后,变化为0.0001%.177.维护以下指示步骤仅可由合格人员执行﹒为避免电击﹐请不要进行操作手册上未指明的操作.7-1.校准的标准方法50分钟的预热后,将一标准的或精度高达1x10-7的STD OUT信号输入计频器.调整调节器SVC301以显示10.000000MHz.经过这个步骤可能会获得超过1x10-7的精度.用一个螺丝起子(非铁头)来调整调节器.7-2.清洁清洁仪器时﹐请用沾有水和温和溶剂的软布﹒不要将清洁剂直接喷到仪器上﹐以防止其渗透到外壳内造成损坏﹒不要用含有汽油﹐苯﹐甲苯﹐二甲苯﹐丙酮等相似的溶剂﹒不要将研磨剂用于仪器的任何部分﹒18。
实验六：数字频率计的设计
南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型:□验证□综合▉设计□创新实验日期：12.14__ 实验成绩：实验五数字频率计的设计一、实验目的1.了解直接测频的方法和原理。
2.掌握如何在FPGA 内部设计多种功能模块。
3.掌握VHDL 在测量模块设计方面的技巧。
二、实验原理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（也称闸门时间）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f＝N/T由上面的表示式可以看到，若时间间隔T 取 1s，则f＝N。
由于闸门的起始和结束的时刻对于信号来说是随机的，将会有一个脉冲周期的量化误差。
进一步分析测量准确度：设待测信号脉冲周期为 Tx，频率为 Fx，当测量时间为T=1s 时，测量准确度为δ=Tx/T=1/Fx。
由此可知这种直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有关，当待测信号频率较高时，测量准确度也较高，反之测量准确度较低。
因此，这种直接测频法只适合测量频率较高的信号，不能满足在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求。
若要得到在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求，应该考虑待精度频率测量等其它方法。
等精度频率测频的实现方法，可以用图17-1 所示的框图来实现。
图17-1 等精度测频实现框图本实验采用直接测频法进行频率测量。
闸门时间固定为1s，闸门信号是一个0.5Hz 的方波，在闸门有效（高电平）期间，对输入的脉冲进行计数，在闸门信号的下降沿时刻，所存当前的计数值，并且清零所有的频率计数器。
显示的内容是闸门下降沿时锁存的值。
因为闸门时间我们设定为 1s，所以这种频率计仅能测出频率大于或者等于 1Hz 的情况，且频率越高，精度也越高。
实际应用中，频率计的闸门时间是个可变量，当频率小于 1Hz时，闸门时间就要适当放大。
采用一个标准的时钟，在单位时间内如：0.1秒对被测信号的脉冲进行计数，即为信号的频率。
在设计频率计的时候，八个七段码管最多可以显示99,999,999Hz，因此在设计时候用八个4位二进制码（BCD 码）来表示，另外还必须有同样的八个4位二进制码来对输入的频率进行计数，在闸门下降沿的时候，将后者的值锁存到寄存器中。
简易数字频率计设计 完整版
河南科技大学课程设计说明书课程名称现代电子系统设计题目简易数字频率计设计学院＿＿电信学院＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿＿学生姓名____________________指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿日期＿＿2010-01-10＿＿＿＿＿＿课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称现代电子系统课程设计学生姓名刘轮辉专业班级电信科071 设计题目简易数字频率计设计一、课程设计目的掌握高速AD的使用方法；掌握频率计的工作原理；掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法；了解基于FPGA的电子系统的设计方法。
二、设计内容、技术条件和要求设计一个具有如下功能的简易频率计。
（1）基本要求：a．被测信号的频率范围为1～20kHz，用4位数码管显示数据。
b．测量结果直接用十进制数值显示。
c．被测信号可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。
d．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。
e．当测量脉冲信号时，能显示其占空比（精度误差不大于1%）。
（2）发挥部分a．修改设计，实现自动切换量程。
b．构思方案，使整形时，以实现扩宽被测信号的幅值范围。
三、时间进度安排布置课题和讲解：1天查阅资料、设计：4天实验：3天撰写报告：2天四、主要参考文献何小艇《电子系统设计》浙江大学出版社2008.1潘松黄继业《EDA技术实用教程》科学出版社2006.10指导教师签字：2009年12月14日目录一、摘要 (4)二、系统方案论证 (4)2.1频率测量方案 (5)三、数字频率频率计的基本原理 (6)四、各个模块设计 (7)4、1 A/D模数转换模块 (8)4、2 比较模块 (9)4、3 频率和占空比测量模块 (10)五、各个模块仿真波形 (12)六、心得体会 (14)七、参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (22)一.摘要频率计是数字电路中的一个典型应用，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，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。
4、数字频率计设计任务书
广东工业大学课程设计任务书
题目名称数字频率计的设计
学生学院
专业班级
姓名
学号
一、课程设计的内容
设计一个数字频率计。
二、课程设计的要求与数据
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，测量结果直接用十进制数字显示。
1．被测信号的频率范围为1Hz~100KHz，分成两个频段，即1Hz~999Hz，1KHz~100KHz;
2．具有自检功能，即用仪器内部的标准脉冲校准测量精度；
3．用三位数码管显示测量值，测量误差小于10%；
4．用发光二极管表示单位，当绿灯亮时表示Hz,红灯亮时表示KHz；
5．具有超量程报警功能，在超出当前量程档的测量范围时，发出灯光和音响信号。
三、课程设计应完成的工作
1. 先确定设计方案，画出系统方框图，再进行各单元电路的设计，确定元器件的参数及型号，最后画出电路总图；
2. 利用DE2板对所设计的电路进行验证；
3.用实验板或自制的PCB板完成电路的安装及调试；
4. 总结电路设计及测试结果，撰写课程设计报告。
四、课程设计进程安排
五、应收集的资料及主要参考文献
发出任务书日期：年月日指导教师签名：
计划完成日期：年月日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：。
基于vhdl数字频率计设计说明书
一、设计功能与要求设计数字频率计，满足如下功能：（1）用VHDL语言完成数字频率计的设计及仿真。
（2）频率测量范围：1∼10KHz，分成两个频段，即1∼999Hz，1KHz∼10KHz，用三位数码管显示测量频率，且用LED（发光二极管）来表示所显示单位，我们这里定义亮绿灯表示以Hz为单位，亮红灯表示以KHz为单位。
（3）具有自动校验和测量两种功能，即既能用于标准时钟的校验，同时也可以用于未知信号频率的测量。
（4）具有超量程报警功能，在超出目前所选量程档的测量范围时，会发出音响报警信号。
二、设计思路通过计算已知单位时间内待测信号的脉冲个数来计算被测信号的频率，同时通过动态扫描方式在三个数码管上显示出测得频率值。
如下图1的系统框图所示，计数器对CP信号进行计数，在1秒定时结束后，将计数器结果送锁存器锁存，并通过时钟下降沿将不再变化的测量值送至数码管显示。
在下一个计数时钟信号上升沿到来时，再次重新计数。
图1 系统设计框架图系统各个模块介绍如下:（1）测量/校验选择模块：输入信号：选择信号selin，被测信号measure，标准校验信号test；输出信号：CP；当selin=0时，为测量状态，CP=measure；当selin=1时，为校验状态，CP=test。
校验与测量共用一个电路，只是被测信号CP不同而已。
（2）测频控制信号发生器（二分频）：输入信号：1Hz时钟信号clk；输出信号：1秒钟高电平基准信号clk1（周期为2秒）；（3）四级十进制计数器模块（带进位C）：输入信号：clk1、CP，用于计数开始、清零、锁存。
输出信号：q4～q1设置超出量程档测量范围示警信号alert。
若被测信号频率小于1KHz（K=0），则计数器只进行三级十进制计数，最大显示值为999.Hz，如果被测信号频率超过此范围，示警信号扬声器报警；若被测信号为1KHz~10KHz （K=1），计数器进行四位十进制计数，取高三位显示，最大显示值为9.99KHz，如果被测信号频率超过此范围, 示警信号扬声器报警。
简易数字频率计的设计说明
《电子技术》课程设计报告题目简易数字频率计的设计学院（部）电子与控制工程学院专业电气工程及其自动化班级3204080123学生楠学号**********06月12日至06月22日共周指导教师（签字）前言在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，对适应晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量，广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域。
因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
那么频率应该如何测量呢？根据频率的的定义我们可以知道，在一个标准一秒的时间被测信号的脉冲个数就是它的频率，我们只要测出它的大小，就可以测出信号的频率了。
数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。
而在设计中，我们常用学习软件multisim 来仿真设计，通过严格的测试后，能够较准确地测量方波、正弦波等各种常用的信号的频率。
在此次设计中我们经过网上搜索，查阅图书阅览室的有关书籍等途径，搜集了大量的资料。
经过我们对资料的分析整理，以及细心地设计，最终成功设计出了一台简易数字频率计，在我们付出了汗水之后总算是尝到了成功的甘甜。
我们的设计可能不是很完美，但是我们尽力去做了，如果有什么意见或建议，希望能多提出一些，我们会努力做到最好的。
目录摘要及设计要求 1 第一章系统概述21.1数字频率计的基本原理21.2数字频率计设计的系统框图1.3系统各部分功能论述1.3.1电源波形整形电路1.3.2分频器1.3.3待测信号放大、波形整形电路1.3.4控制门1.3.5计数器1.3.6超量程报警器1.3.7锁存器1.3.8显示译码器与数码管第二章单元电路的设计与分析第三章系统综述，总体电路图3.1 数字频率计设计原理图3.2电路的检测方法与步骤第四章总结参考文献元件明细表附图鸣收获与体会，存在的问题简易数字频率计的设计摘要数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。
数字频率计说明书
课程设计说明书学生:XX 学号：学院: xx学院班级: XX班题目: 数字频率计指导教师：职称:2012年1月6日容摘要在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。
在CMOS电路系列产品中，数字频率计使用量最大、品种最多产品，是计算机、通讯设备等科研领域不可缺少的测量仪器，频率是最最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都是有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。
测量频率的方法有多种，其中电子技术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的优点，是频率测量手段之一。
常用的测量方法有测频法、测周法、侧周期/频率。
本文阐述了用测频法构成的数字频率计。
关键字：频率数字频率计单稳态1 课程设计题目数字频率计设计2 课程设计任务与要求2.1 数字频率计的基本原理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）信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的1s时间对信号波形计数，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是别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。
2.2 技术指标如下：(1).数字显示功能：用数码管显示测量信号(2).测量围: 10Hz~100kHz(3).测量精度：误差不超过1%(4).显示方式: 6位LED数码(5).系统框图3 方案选择与论证频率计是用来测量正弦信号、矩形信号、三角形信号等波形工作频率的，根据频率的概念是单位时间里脉冲的个数，要测被测波形的频率，则需要测被测波形在1s里有多少个脉冲，所以，如果用一个定时是1S控制一个闸门电路，在1S闸门打开，让被测信号通过而进入计数器电路，即是被测信号的频率。
任务要求分析：频率计的测量围要10Hz~100kHz,且精度为10Hz，所以要用6片10进制计数器构成100000进制对输入的被测脉冲进行计数；要求输入信号的幅值为20mv~5v，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，而后面闸门或计数电路要求被侧的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路；频率计的输出显示要经过锁存器进行稳定在通过6位LED数码管进行显示。
数字电路频率计课设说明书.
目录1. 设计任务及主要技术指标和要求 (1)2. 总体设计方案 (1)2.1设计思路 (1)2.2设计方案和原理框图 (1)2.3方案比较 (2)3. 电路设计 (3)3.1放大整形电路 (3)3.2时基电路 (5)3.3计数译码显示电路 (8)3.4报警电路 (11)3.5闸门电路 (12)4. 组装调试 (12)5. 心得体会 (14)参考文献 (15)附录Ⅰ总电路图 (16)附录Ⅱ元件清单 (17)1.选题背景数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，其功能是测量正弦信号，方波信号，尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此已经成为电路设计的常用器件之一，它有不可取代的地位。
在电子技术中，频率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，其中数字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，是测量频率的重要手段之一。
1.1设计任务设计一个能够测量正弦波信号频率的电路。
具体要求如下：（1）测频范围为0~999Hz，精度为1Hz。
（2）用数码管显示测频结果。
（3）设有超量程显示（信号频率>=1KHZ时）。
发挥部分：进一步扩大频率计的测评范围，设计超量程换挡。
说明：在输入正弦波信号峰值为100mv的情况下测试2. 总体设计方案2.1 设计思路：频率，是单位时间内完成周期性变化的次数，所以我们的设计是将输入的信号进行放大整形之后输入到计数器，计算出一秒内通过的脉冲数量，然后经由译码器将对应的频率通过数码管显示出来。
2.2设计方案和原理框图：我们打算采用数电技术来完成设计，该数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、时基电路、计数器电路、译码显示电路几部分组成，总体结构如图：图2-1 数电频率计原理框图从原理图可知，被测信号X在不影响其频率的情况下经放大整形电路变成计数器需求的方波信号Y。
自适应频率计设计说明书
自适应数字频率计设计说明书负责人：张赟颍队员：黄蜀宾、熊华竞目录1、项目介绍................................................................................................................................ - 1 -2、制作流程图............................................................................................................................ - 1 -2.1 项目制作流程如下：................................................................................................... - 1 -2.2 项目时间进度安排如下：........................................................................................... - 1 -3、系统功能分析........................................................................................................................ - 2 -3.1 系统的功能模块框图................................................................................................... - 2 -3.2 分频模块....................................................................................................................... - 3 -4.选频模块: ......................................................................................................................... - 5 -5. 控制模块......................................................................................................................... - 7 -6 数码管显示.................................................................................................................... - 13 -7、软件设计.............................................................................................................................. - 13 -7.1 软件流程图................................................................................................................. - 13 -8.软件代码介绍......................................................................................................................... - 14 -9、附件...................................................................................................................................... - 19 -9.1 系统的原理图............................................................................................................. - 19 -系统PCB图...................................................................................................................... - 20 -1、项目介绍本设计为一个自适应频率计，可以自动判别输入周期频率信号频率为1Hz-9999KHz的特性。
数字频率计设计任务书
课程设计任务书设计题目：数字频率计设计设计内容与要求：设计内容：设计一个数字频率计，测频范围1HZ至1KHZ。
要求：1、设计控制器，控制计数器计数和锁存器锁存计数值。
2、设计计数器，用于对待测信号计数。
3、设计锁存器，用于保存计数器的计数结果。
4、设计除法器，用于计算待测信号的频率。
5、设计顶层电路，实现对1HZ至1KHZ的输入信号进行频率测量。
指导教师：邹红文2014 年12月1日课程设计评语成绩：指导教师：_______________年月日目录第一章设计控制器 (1)1.1控制器程序 (1)1.2波形图 (2)第二章设计计数器 (3)2.1计数器程序 (3)2.2波形图 (4)第三章设计锁存器 (5)3.1锁存器程序 (5)3.2波形图 (6)第四章设计除法器 (7)4.1除法器程序 (7)4.2波形图 (8)第五章设计顶层电路 (9)5.1顶层电路图 (9)5.2仿真波形图 (10)总结 (11)第一章设计控制器1.1控制器程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FTCTRL ISPORT(CLK1:IN STD_LOGIC;CNT_EN,RST_CNT:OUT STD_LOGIC;LOAD:OUT STD_LOGIC);END FTCTRL;ARCHITECTURE BEHAV OF FTCTRL ISSIGNAL DIV2CLK:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(CLK1) BEGINIF CLK1'EVENT AND CLK1='1' THEN DIV2CLK<=NOT DIV2CLK; END IF;END PROCESS;PROCESS (CLK1,DIV2CLK) BEGINIF CLK1='0' AND DIV2CLK='0' THEN RST_CNT<='1';ELSE RST_CNT<='0'; END IF;END PROCESS;LOAD<=NOT DIV2CLK; CNT_EN<=DIV2CLK;END BEHAV;1.2波形图图1-1 仿真波形图当接收到CLK上升沿时钟信号的时候，CNT_EN、LOAD为原信号取反。
数字频率计课程设计说明书
《单片机技术》课程设计任务书一、设计题目：数字电子钟、数字频率计、数字电压表、交通灯、抢答器、密码锁、波形发生器、数字温度计、计算器、数字式秒表。
二、适用班级：电气本1101～2、电气本1103～4、电气本1105～自本1101三、指导教师：王韧四、设计目的与任务：学生通过理论设计和实物制作解决相应的实际问题，巩固和运用在《单片机技术》中所学的理论知识和实验技能，掌握单片机应用系统的一般设计方法，提高设计能力和实践动手能力，为以后从事电子电路设计、研发电子产品打下良好的基础。
五、设计内容与要求设计内容1、数字电子钟设计一个具有特定功能的电子钟。
该电子钟上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入时钟准备状态；第一次按电子钟启动/调整键，电子钟从0时0分0秒开始运行，进入时钟运行状态；再次按电子钟启动/调整键，则电子钟进入时钟调整状态，此时可利用各调整键调整时间，调整结束后可按启动/调整键再次进入时钟运行状态。
2、数字频率计设计一个能够测量周期性矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。
该频率计上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态。
按频率测量键则测量频率；按周期测量键则测量周期；按脉宽测量键则测量脉宽；按占空比测量键则测量占空比。
3、数字电压表设计一个能够测量直流电压的数字电压表。
测量电压范围0～5V，测量精度小数点后两位。
该电压表上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入测量准备状态，按测量开始键则开始测量，并将测量值显示在显示器上，按测量结束键则自动返回“P.”状态。
4、交通灯设计一个具有特定功能的十字路口交通灯。
该交通灯上电或按键复位后能自动显示系统提示符“P.”，进入准备工作状态。
按开始键则开始工作，按结束键则返回“P.”状态。
要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，甲车道为主车道，每次通车时间为60秒，乙车道为次车道，每次通车时间为30秒，要求黄灯亮3秒，并且1秒闪烁一次。
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。
EDA数字频率计课程设计说明书
目录第一章设计任务及要求 (1)1.1设计任务 (1)1.2设计要求 (1)1.2.1整体功能要求 (1)1.2.1测试要求 (1)第二章设计思路............................................... 错误!未定义书签。
2.1数字频率计介绍..................................................................................... 错误!未定义书签。
2.2设计原理................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.2.1频率测量的基本原理................................ 错误!未定义书签。
2.2.2整体方框图及原理.................................. 错误!未定义书签。
第三章模块介绍 (4)3.1闸门产生模块 (4)3.1.1闸门模块介绍 (4)3.1.2闸门模块verilog语言程序描述及仿真 (4)3.2计数模块 (5)3.2.1计数模块介绍 (5)3.2.2计数模块模块verilog语言程序描述及仿真 (5)3.3锁存器模块 (6)3.3.1锁存器模块介绍 (6)3.3.2锁存器模块verilog语言程序描述及仿真 (6)3.4译码器模块 (7)3.4.1译码器模块介绍 (7)3.4.2闸门模块verilog语言程序描述及仿真 (7)3.5扫描显示模块 (8)3.5.1扫描显示模块介绍 (8)3.5.2扫描显示模块verilog语言程序描述及仿真 (9)第四章数字频率计的实现 (10)4.1数字频率计的verilog语言程序描述及仿真 (10)4.2数字频率计的FPGA芯片实现 (14)第五章心得体会 (15)第一章设计任务及要求1.1设计任务采用测频法设计一个数字显示的数字频率计，被测试的频率可由基准频率分频得到。
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数显频率计设计任务书⑴硬件设计：根据任务要求，完成单片机最小系统及其扩展设计。
⑵软件设计：根据硬件设计完成显示功能要求，完成控制软件的编写与调试；⑶功能要求：用89C51单片机的定时器/计数器的定时和计数功能，外部扩展6 位LED数码管，要求累计每秒进入单片机的外部脉冲个数，用LED数码管显示出来。
目录摘要............................................................................................................ .. (4)1. 绪论............................................................................................................ . (4)2. 设计要求及方案选 (6)1.1 设计要求 (6)1.2 方案选择 (6)3．系统电路设计 (7)3.1 基于单片机的数字频率计的原理 (7)3.2 单片机的概述及引脚说明 (8)3.3 单片机的最小系统 (9)3.4 单片机的定时\计数 (9)3.5 定时器\计数器的四种工作方式 (10)3.6 主要程序段及软件流程图设计 (12)3.6.1 流程图 (12)3.6.2 源程序 (14)结论............................................................................................................ (16)致谢......................................................................................................... .. (17)参考文献................................................................................................................. . (18)附录........................................................................................................... .. (19)摘要频率是电子技术领域中最基本的参数之一，在许多测量方案以及测量结果中都会涉及到频率测量的相关问题，频率精确测量的重要性显而易见。
本系统以AT89C51单片机作为系统的主要控制单元，通过AT89C51单片机对系统各个部件的控制来实现整个电路的信号频率采集、测量、转换数据、以及显示最终结果的功能。
本数字频率计的硬件部分是采用PROTUSE绘制的，在做系统仿真的时候也用到了MULTISIM，软件部分的单片机控制程序的编写使用的是C语言本。
本系统的最大优点就是它结构简单易懂，制作起来也并不算麻烦，其缺点就是容易受自身电路元件以及周围环境的影响，从而导致测量结果与实际值的偏差。
关键词 AT89C51单片机数字频率计1.绪论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。
电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。
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器的技术水平，决定电子计数器价格高低的主要依据。
目前这些基本技术日臻完善，成熟。
应用现代技术可以轻松地将电子计数器的测频上限扩展到微波频段。
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。
而对于中高档产品，则要求有高分辨率，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，时域分析功能等等，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，但要真正完美的实现这些目标，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，功能不断地增加。
在测试通讯、微波器件或产品时，通常都是较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的或含有未知频率分量的、频率固定的或变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。
为了能正确地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。
微波计数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计数任务的，但制造厂家都有各自的一套复杂的计数器的设计、使得不同型号的计数器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，并提供类似于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地选择，以达到最经济和最佳的应用效果。
在本设计中，介绍了频率测量的原理以及一种简易频率计的制作方法。
它的主要原理是将待测的信号用一个过零比较器进行整形，由于待测信号未知，它有可能是正弦波，有可能是三角波，也有可能是方波。
过零比较器的作用就是将这些未知的信号整形成方波，方波信号单片机是可以测量的，但是如果整形出来的方波信号频率很大，此时单片机就无法测量了，因此还需要将频率过于高的整形出来的方波信号分频，直到它能被单片机测量为止。
能够实现简单的分频功能还是不够的，还需要知道具体是几分频，这一步就要用到选择器了，它的主要功能就是选择单片机所要的分好频的信号，这一步是可以通过单片机控制选择部分来实现的，最后可由单片机将处理好的数据以符合显示部分的要求发往显示部分显示。
毫无疑问，无论是在科技研究中还是在实际应用中，频率测量的作用都显得尤为重要。
然而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，而且测量低频信号时不宜直接使用。
随着科技的进步，为了较好的解决这一问题人们开始运用单片机测量频率，它是一种基于时间或频率的模数转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种显示被测信号频率的数字测量仪器。
与传统的测量方式相比，运用了单片机频率计有着体积更小，运算速度更快，测量范围更宽的优点，更重要的是它能大大的降低制作成本。
由于传统的频率计中有许多功能是依靠硬件来实现的，而采用单片机测量频率之后，有许多以前需要用硬件才能实现的功能现在仅仅依靠软件编程就能实现，而且不同的软件编程能够实现不同的功能，这一巨大优势无疑使得制作成本大大降低。
由于当今科技的日新月异，人们对电子产品的要求随之增高，经济、高效、精准成为人们的目标，就频率计来说，如果现如今还是像传统的方式来设计并制造，那显然不能满足人们的要求。
那么基于单片机的数字频率计必将取代传统的频率计。
而它的优势也显而易见，小巧轻便、集成度高、操作简单、易于维护和修改。
这些优点无不满足着人们追求经济、高效、精准的目标。
试想一下，改变程序中的几行命令显然要比改变电路板上的几条连线要快的多，方便的多。
也正是由于基于单片机的数字频率计与传统的频率计有着那么明显的优势，因此，我将数字频率计的设计与实现作为我的研究课题。
通过设计频率计系统，实现信号频率的检测功能。
在检测系统的设计中，要熟悉以单片机为核心的控制单元，以检测电路为依托的功能单元，以人机界面为媒介的交互单元。
了解频率检测的算法及软硬件的实现方式。
灵活应用电子相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。
在此过程中，加深对信号检测和信号处理的理解和认识。
这对我以后的工作和学习都是有很大帮助的。
2. 设计要求及方案选择2.1 设计要求a. 完成单片机最小系统设计；b. 精确完成频率检测的设计和实现（精度要求：检测1V-5V频率在1Hz-1MHz周期信号的周期，误差不超过1%）；c. 完成软件对硬件检测和调试工作；2.2 方案选择所谓“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N，则其频率可表示为f=N/T。
其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。
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1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于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译码显示电路。
秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。
由于计数器计得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。
信号整形部分主要是将待测信号整形成为能够让计数器识别并计数的脉冲信号。
使用了一个主要由LM311构成的过零比较器，LM311的转换速度为200ns，即转换频率为f=1/T=1/(200ns)=5MHz，带宽增益为4MHz，符合本设计的要求。
分频处理部分的作用就是利用分频来克服单片机自身计数范围有限的缺点，间接的扩大了它的测频范围，采用的芯片为CD4518。
数据选择部分是和分频处理部分相依存的，芯片为74LS245。
分频部分的工作依据信号而定，有可能不分频，即原信号测量，有可能10分频，也有可能100分频。
那么当单片机处理数据时是一定要根据数据选择器来处理的，比如用了10分频就要在算得信号频率上乘以10，用了100分频就要在算得信号频率上乘以100。
单片机部分主要是完成计数并处理最后数据的功能，以及控制各部分的相关工作。
单片机的选用为AT89C51单片机。
整体电路图如图2所示：图2 整体电路图3.系统电路设计3.1基于单片机的数字频率计的原理单片机内部有两个定时/计数器T0和T1。
在测量过程中我们利用这两个定时/计数器，其中T0用作定时，T1来计数外来脉冲数。
单片机外接12MHZ的晶振，定时/计数器的最大定时时间是65.356ms，我们可以采用软件计数器来进行定时设计。
先用定时/计数器T0制作一个50ms的定时器，定时时间到后将软件计数器中值加一当软件计数器到20，就可以实现定时1s。
当定时结束时，定时/计数器T1计数的数送入显示电路，从显示电路中读出的总脉冲个数即是待测信号的频率值。
该频率计硬件较为简单，但需要注意的是单片机所测量的电平信号必须是直流TTL信号，所以在测量前必须把非TTL信号转化为TTL信号。
3.2 单片机的概述及引脚说明本设计选择的单片机是AT89C51，它是一种带4KB可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能微处理器，俗称单片机。