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电子信息学院王家华2010301430004邹仁亭2010301430003肖伟2010301430001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。
频率测量的方式通常是对方波信号进行沿判断或电平判断，再对相应的方波脉冲进行计数从而实现频率测量，因此频率测量的精度比一般其他物理量的精度要高很多。
数字频率计是近代电子技术领域的重要工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器（测量系统通过转换电路将所需测量的量转换为频率）从而通过测频率来提高精度的。
本设计的数字频率计是基于超低功耗MSP430单片机来测量信号的频率，通过计数器计数，并用十进制数显示出来，它具有精度高，测量速度快，读数直观等优点。
关键词：频率测量;数字频率计; 单片机; 计数器;显示；目录一，设计要求及功能设计方案1,设计任务要求及相关指标2,功能设计二，频率测量方案的比较选择与理论分析1，频率测量方法2，方案的比较选择与理论分析3，方案的选择确定三，系统总设计方案及总体框图四，单元模块电路与程序设计1，稳压源模块2，放大整形模块3，数据测量计数模块4，程序设计模块五，测试结果分析1，稳压模块测试2，放大整形电路测试3，频率精度测试六，实验过程遇到的问题及解决方法1，电压不匹配2，161计数器计数不准确3，自动换挡模块效果不够理想4，不能满足小信号输入时的要求一，设计要求及功能设计方案1,设计要求1.1基本要求（1）频率测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3;（2）周期测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3；（3）十进制数字显示测量结果。
1.2 发挥部分（1）频率测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-5（2）周期测量测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；频率：1Hz~1MHz；测量误差≤10-5；（3）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
数字频率计课程设计报告
《数字频率计》技术报告一、问题的提出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，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
而频率计则能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在生产测试中。
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。
数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。
二、解决技术问题及指标要求1、技术指标被测信号：正弦波、方波或其他连续信号；采样时间：1秒（0.1秒、10秒）；显示时间：1秒（2秒、3秒．．．．．．）；LED显示；灵敏度：100mV；测量误差：±1Hz。
数字频率计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。
一般T=1s，所以应要求定时器尽量输出为1s的稳定脉冲。
2、设计要求可靠性：系统准确可靠。
稳定性：灵敏度不受环境影响。
经济性：成本低。
重复性：尽量减少电路的调试点。
低功耗：功率小，持续时间长。
三、方案可行性分析（方案结构框图）率，而且还可以测量它们的周期。
经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪、计价器等。
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。
数字频率计设计报告
（1）四个段寄存器：代码段寄存器、数据段寄存器、附加段寄存器、堆栈段寄存器；
（2）指令指针寄存器；
数字频率计设计报告
一、设计要求
近年来，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。
本设计实现一个由微机控制的数字频率计。具体要求如下：
1.能测量1Hz—10MHz频率范围的矩形和正弦波的频率或周期。
2.在全频率范围内测量误差≤0.1%。
3.以十进制数字显示出被测信号的频率或周期。
二、设计目的
1.进一步掌握8253、8255A的原理及应用方法。
2.熟悉数字频率计的测量原理与实现方法。
3.掌握微机化数字频率计的设计电路。
三、设计的具体实现
3.1系统概述
1.数字频率计的基本原理
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。
图1中S1为一个三刀双掷开关，置于0时为高频挡，按频率测量法测量高频信号；置于1时为低频挡，按周期测量法测量低频信号。S2和S3分别为高频和低频分档开关。S2置于0和1时，分别对应于500KHz—5MHz频段和5MHz—10MHz频段；S3置于0和1时，分别对应于1Hz—100KHz频段和100KHz—500KHz频段。
（2）写入计数值。
若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位，高8位自动置0；若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位，低8位自动置0；若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，再写入高8位。
数字频率计课程设计报告
数字频率计课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 让学生理解数字频率计的基本原理，掌握频率、周期等基本概念；2. 使学生掌握数字频率计的使用方法，能够正确操作仪器进行频率测量；3. 引导学生运用已学的数学知识，对测量数据进行处理，得出正确结论。
技能目标：1. 培养学生动手操作仪器的技能，提高实验操作能力；2. 培养学生运用数学知识解决实际问题的能力，提高数据分析处理技能；3. 培养学生团队协作能力，提高实验过程中的沟通与交流技巧。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理实验的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，养成实验过程中认真观察、准确记录的好习惯；3. 引导学生认识到物理知识在实际应用中的价值，提高学以致用的意识。
课程性质：本课程为物理实验课，结合数字频率计的原理与应用，培养学生的实践操作能力和数据分析能力。
学生特点：六年级学生具备一定的物理知识和数学基础，对实验操作充满好奇，具备初步的团队合作能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导学生主动参与实验过程，培养其动手能力和解决问题的能力。
通过课程目标的分解，使学生在实验过程中达到预期的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 数字频率计基本原理：- 频率、周期的定义与关系；- 数字频率计的工作原理；- 数字频率计的测量方法。
2. 实验操作技能：- 数字频率计的操作步骤；- 实验过程中的注意事项；- 数据记录与处理方法。
3. 教学大纲：- 第一课时：介绍数字频率计的基本原理，让学生了解频率、周期的概念及其关系；- 第二课时：讲解数字频率计的工作原理，引导学生掌握其操作方法；- 第三课时：分组进行实验操作，让学生动手测量不同频率的信号；- 第四课时：对测量数据进行处理与分析，培养学生数据分析能力；- 第五课时：总结实验结果，讨论实验过程中遇到的问题及解决办法。
4. 教材章节：- 《物理》六年级下册：第六章《频率与波长》；- 《物理实验》六年级下册：实验八《数字频率计的使用》。
简易数字频率计设计报告
根据系统设计要求， 需要实现一个 4 位十进制数字频率计， 其原理框 图如图 1 所示。
主要由脉冲发生器电路、 测频控制信号发生器电路、 待测 信号计数模块电路、 锁存器、 七段译码驱动电路及扫描显示电路等模块组 成。
由于是4位十进制数字频率计， 所以计数器CNT10需用4个，7段显示译 码器也需用4个。
频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个 数。
为此，测频控制信号发生器 F_IN_CNT 应设置一个控制信号时钟CLK ， 一个计数使能信号输出端EN 、一个与EN 输出信号反 向的锁存输出信号 LOCK 和清零输出信号CLR 。
若CLK 的输入频率为1HZ ，则输出信号端EN 输出 一个脉宽恰好为1秒的周期信号， 可以 作为闸门信号用。
由它对频率计的 每一个计数器的使能端进行同步控制。
当EN 高电平时允许计数， 低电平时 住手计数，并保持所计的数。
在住手计数期间，锁存信号LOCK 的上跳沿 将计数器在前1秒钟的计数值锁存进4位锁存器LOCK ，由7段译码器译出 并稳定显示。
设置锁存器的好处是： 显示的数据稳定， 不会由于周期性的标准时钟 CLKEN待测信号计数电路脉冲发 生器待测信号F_INLOCK锁存与译 码显示驱 动电路测频控制信 号发生电路CLR扫描控制数码显示清零信号而不断闪烁。
锁存信号之后，清零信号CLR对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。
时基产生与测频时序控制电路主要产生计数允许信号EN、清零信号CLR 和锁存信号LOCK。
其VHDL 程序清单如下：--CLK_SX_CTRLLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CLK_SX_CTRL ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOCK: OUT STD_LOGIC;EN: OUT STD_LOGIC;CLR: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF CLK_SX_CTRL ISSIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THENIF Q="1111"THENQ<="0000";ELSEQ<=Q+'1';END IF;END IF;EN<=NOT Q(3);LOCK<=Q(3)AND NOT(Q(2))AND Q(1);CLR<=Q(3)AND Q(2)AND NOT(Q(1));END PROCESS;END ART;测频时序控制电路：为实现系统功能,控制电路模块需输出三个信号：一是控制计数器允许对被测信号计数的信号EN；二是将前一秒计数器的计数值存入锁存的锁存信号LOCK；三是为下一个周期计数做准备的计数器清零信号CLR。
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数字频率计设计报告
学院：
姓名：
学号：
专业：
指导老师：
2008-11-11
一．内容介绍
数字频率计是用来测量信号频率的装置。
它可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率。
在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，经常要用到频率计。
由于其用十进制数显示，测量速度、精度高、显示直观，因此频率计得到广泛的应用。
二．设计内容、技术指标及框图
设计内容：
设计只用一只数码管显示结果的数字频率计。
技术指标：
1.被测量信号频率范围：1KHZ-999KHZ
2.测量精度：测量显示3位有效数字
3.时基时间宽度：1ms
4.测试和显示方法：
（1）只用一只数码管显示结果。
（2）每2秒钟自动测试一次，按百、十、个、全灭的顺序逐位显示测试结果，每位的显示时间为0.5秒。
数字频率计的框图：如图1。
图1 频率计系统框图
三．单元电路设计
1. 时基产生电路
时基信号的产生电路可用石英晶体振荡器经分频后得到高稳定度的时基信号。
图2采用CC4060十四级计数器构成0.5s脉冲（3）和毫秒脉冲1ms时基信号。
12脚接地。
图2 秒脉冲和毫秒脉冲时基产生电路
2.节拍信号发生器
设计要求每2秒自动测试一次，按百、十、个、灭的顺序逐位显示测试结果。
由此可知，节拍信号发生器需产生四种状态的变化，变化周期为2秒。
四种状态信号可以提供给数据选择器的地址端，用来逐位显示百、十、个、灭，2秒的周期信号用来控制计数器计数，保持和清零。
如图3。
节拍信号发生器
图3 节拍信号发生器及波形
3.整形电路
将输入的被测信号送入施密特触发器74LS132的输入端，其输入将得到矩形波至闸门输入如图4。
图4 整形电路
4.控制电路（门控电路）
要求控制器每2秒向主闸门输入一个时间为2秒，采样脉宽为1ms的周期信号，如图5。
采用2个D触发器，以时基信号T=1ms作为同步时钟脉冲。
控制器电路
图5 控制器电路及波形图
5.译码显示电路
计数器锁存百、十、个数据传送到数据选择器，数据选择器受节拍信号的控制，分时地送入译码显示电路，故译码显示由数据选择器、译码器及数码管组成。
如图6。
图6译码显示电路
6.计数电路
根据要求，闸门的采用时间1ms，测量范围为1KHZ-999KHZ，显示3位有效数字，也就是说在1ms的脉宽里计数器累计的最大数是999，即999KHZ，频率再高将出现溢出错误。
计数器还应该具有1.5s计数，0.5s清零功能。
如图7 计数电路
四．数字频率计的原理图和印刷板图
数字频率计原理电路图
数字频率计印刷板图
五．整体电路测试方法
制作成实物的数字频率计，输入端分别连接电源、接地、频率发生器上，电源接5V，频率在测量范围为1KHZ-999KHZ之间任意选取。
首先，通过自己的测试检查问题；其次，根据发现问题的情况进行更正；最后，请指导老师进行验收。
在自己测试的时候，第一次发现数码管不亮，后来经检查，发现数码管没有接电。
数码管亮了之后，就一直在“0”“灭”之间跳变，不会显示所输入的频率，然后检查发现有条跳线跳了两次，致使部分电路短路，以至不能工作。
解决上述问题后，数码管就可以按要求显示频率了。
六．元件清单
七．参考资料目录
[1]电子线路课程设计指导材料.数理与信息工程学院.2008.
[2]张伟.《Protel 99SE实用教程》.北京-人民邮电出版社.2008.。