简易数字式频率计仿真设计
数字频率计的课设报告以及仿真电路
河北联合大学2011级本科课程设计简易数字频率计的设计姓名: 张如林学号: 201114050113班级: 11电气1班2013年12月18摘要 (1)一，概述 (2)二，方案设计 (2)1.设计题目 (2)2.设计任务和要求 (2)3.程序设计思路 (2)三，单元电路设计与Multisim仿真分析 (3)1.1Hz时基电路 (4)2.六进制计数器门控电路 (4)3.NE555施密特整形电路 (7)4.计数、锁存、驱动、显示电路 (7)5.整体仿真电路 (7)四，总原理图及元器件清单 (8)1.总原理图 (8)2.元器件清单 (9)五．结论 (10)六．心得体会 (10)七．参考文献 (11)八．附录 (12)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，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，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，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，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。
常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。
1一、概述频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。
输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，方波。
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。
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。
简易数字频率计设计报告
简易数字频率计设计报告目录一.设计任务和要求 (2)二.设计的方案的选择与论证 (2)三.电路设计计算与分析 (4)四.总结与心得..................................... 错误！未定义书签。
2五.附录........................................... 错误！未定义书签。
3六.参考文献....................................... 错误！未定义书签。
8一、 设计任务与要求1.1位数：计4位十进制数。
1.2.量程第一档 最小量程档，最大读数是9.999KHZ ，闸门信号的采样时间为1S. 第二档 最大读数是99.99KHZ ，闸门信号采样时间为0.1S.第三档 最大读数是999.9KHZ ，闸门信号采样时间为10mS.第四档 最大读数是9999KHZ ，闸门信号采样时间为1mS.1.3 显示方式（1）用七段LED 数码管显示读数，做到能显示稳定，不跳变。
（2）小数点的位置随量程的变更而自动移动（3）为了便于读数，要求数据显示时间在0.5-5s 内连续可调1.4具有自检功能。
1.5被测信号为方=方波信号二、设计方案的选择与论证2.1 算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。
可根据这一定义采用如图 2-1所示的算法。
图2-2是根据算法构建的方框图。
被测信号图2-2 频率测量算法对应的方框图 输入电路 闸门 计数电路 显示电路闸门产生整体方框图及原理频率测量：测量频率的原理框图如图2-3.测量频率共有3个档位。
被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。
时基信号有555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。
被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。
周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。
multisim简易数字频率计
m u l t i s i m简易数字频率计Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998哈尔滨工业大学简易频率计的仿真设计目录3.电路组成介绍1．设计要求本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪器，数字频率计的设计指标有：1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号；2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz ；3. 显示方式：4位十进制数显示。
2.电路工作原理频率计总电路图如下所示：频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz 的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N 的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N 以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。
频率计的工作原理流程图如下所示：3.电路组成介绍脉冲形成电路脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。
由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。
线路图如下所示： 闸门电路闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图所标注）。
当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。
闸门电路时基电路时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲，=0.8Hz，其中高电平的时间为t1=1秒，低电平时间为秒。
利选取振荡器的频率f0=1t1+t2用t1=(R1+R4)C2，t2=。
简易数字频率计(数字电路课程设计)
数字电路课程设计报告1)设计题目简易数字频率计2)设计任务和要求要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为：1)测量范围：1H Z—9.999K H Z，闸门时间1s；10 H Z—99.99K H Z，闸门时间0.1s；100 H Z—999.9K H Z，闸门时间10ms；1 K H Z—9999K H Z，闸门时间1ms；2)显示方式：四位十进制数3)当被测信号的频率超出测量范围时,报警.3)原理电路和程序设计：（1）整体电路数显式频率计电路（2）单元电路设计；（a）时基电路信号号(b)放大逻辑电路信号通信号(c)计数、译码、驱动电路号（3）说明电路工作原理;四位数字式频率计是由一个CD4017（包含一个计数器和一个译码器）组成逻辑电路，一个555组成时基电路，一个9014形成放大电路，四个CD40110（在图中是由四个74LS48、四个74LS194、四个74LS90组成）及数码管组成。
两个CD40110串联成一个四位数的十进制计数器，与非门U1A、U1B构成计数脉冲输入电路。
当被测信号从U1A输入，经过U1A、U1B两级反相和整形后加至计数器U13的CP+，通过计数器的运算转换，将输入脉冲数转换为相应的数码显示笔段，通过数码管显示出来，范围是1—9。
当输入第十个脉冲，就通过CO输入下一个CD40110的CP+，所以此四位计数器范围为1—9999。
其中U1A与非门是一个能够控制信号是否输入的计数电路闸门，当一个输入端输入的时基信号为高电平的时候，闸门打开，信号能够通过；否则不能通过。
时基电路555与R2、R3，R4、C3组成低频多谐振荡器，产生1HZ的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。
计数公式：]3)2243[(443.1CRRRf++=来确定。
与非门U2A与CD4017组成门控电路，在测量时，当时基电路输出第一个时基脉冲并通过U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2脚输出高电平从而使得闸门打开。
数字频率计设计与仿真
数字频率计设计一、实验目的1、了解等精度测频的方法和原理。
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23-1 所示的框图来实现。
三、实验内容本实验要完成的任务就是设计一个频率计，系统时钟选择核心板上的20M 的时钟，闸门时间为1s（通过对系统时钟进行分频得到），在闸门为高电平期间，对输入的频率进行计数，当闸门变低的时候，记录当前的频率值，并将频率计数器清零，频率的显示每过2 秒刷新一次。
被测频率通过一个拨动开关来选择是使用系统中的数字时钟源模块的时钟信号还是从外部通过系统的输入输出模块的输入端输入一个数字信号进行频率测量。
当拨动开关为高电平时，测量从外部输入的数字信号，否则测量系统数字时钟信号模块的数字信号。
其实现框图如下图在本实验中，用到的模块有数字信号源模块、拨动开关模块、20M 系统时钟源模块、数码管显示模块等。
其中数码管、数字信号源、拨动开关与FPGA的连接电路和管脚连接在以前的实验中都做了详细说明，这里不在赘述。
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。
数字显示频率计的设计1
模拟电子技术电路设计仿真作业简易数字频率计1.问题的重述数字频率既是一种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、尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此，它的用途十分广泛。
2. 频率计电路分析及设计设计要求：1.测量范围：0~9999Hz2.最大读数9999Hz,闸门信号的采样时间为1s3.采用4位数码显示4.输入信号最大幅值可以扩展设计原理：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。
数字频率计测量频率的原理框图如下图。
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。
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的等于1s。
闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号到来时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到级数译码显示电路。
秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。
由于计数器记得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测信号ui的频率为NHz。
脉冲形成电路脉冲形成电路是555电路构成的施密特触发器。
为了扩展被测信号的频率范围，输入信号u i先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅值较小时，限幅器的二极管截止，不起限幅作用。
图中电阻R3和R4的作用是将被测信号进行电平移动，因为555构成的施密特触发器的上触发电平U T+=(2/3)U CC，下触发电平U T−=(1/3)U CC。
输入信号的直流电平U IO应满足下列关系：(1/3)U CC<U IO<(2/3)U CC。
输入信号的幅度U im与直流电平幅度U IO和回差∆U T有关，一般来说，∆U T越小，对输入信号的幅度U im要求越小。
若取+U CC=+5V，则回差∆U T=1.67V。
若取U IO=2.5V，则取R3=R4=10kΩ，则输入信号的幅度U im=0.83V。
简易数字频率计的设计与仿真
《电子仿真技术》实训报告题目简易数字频率计的设计、仿真所在学院电子信息工程学院专业班级***学生姓名 *** 学号***指导教师 ***完成日期 * 年* 月* 日一．设计思路（1）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。
（2）任务目标利用multisim9.0软件设计一个简易数字频率计，其基本要求是：1. 被测信号的频率范围1KHZ～100MHZ（理想频率范围）；2. 被测信号可以为正弦波、三角波或方波信号；3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位。
实验五 简单数字频率计仿真精品PPT课件
闸门
门控
B 放大 整形
S2
1000Tx
1Tx
10Tx 100Tx
÷10
÷10
计数锁存译码 显示系统
÷10
四、实验参考电路
（1）控制时序产生电路
图4.8.5 是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和 多级分频器组成）和可重触发单稳态74LS123 组成
的控制时序产生电路。秒脉冲发生器产生脉冲宽度 为的定时脉冲，74LS123单稳态电路产生锁存和清 零脉冲。（仿真软件Multisim 8的元件库中，没有 74LS123单稳态电路，可用555定时器组成单稳态 电路）。 5V
路，并测试结果。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
5. 电子计数器测量周期
当被测信号频率比较低时，用测量周期的方法来 测量频率比直接测量频率有更高的准确度和分辨率， 且便于测量过程自动化。该测量方法在许多科学技 术领域中都得到普遍使用。图4.8.4是用电子计数器 测量信号周期的原理方框图。
晶振
Tx
时基 分频
1µs
S1 Tc
10µs 1ms 100µs Tx1
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
S2
10s
1s 100ms
10ms
÷10
÷10
÷10
÷10
简易数字式频率计仿真设计
简易数字频率计仿真设计报告班级学号姓名平时成绩答辩成绩报告成绩总分122039304 杨现涛30122039310 郭慧泽30目录一、设计要求 (2)二、设计过程 (2)三、元器件清单 (3)四、电路连线图 (4)放大整形电路图 (4)单脉冲发生器电路图 (4)闸门电路电路图 (5)计数部分电路图 (5)译码显示电路图 (6)整体电路图 (7)五、实验（仿真结果） (8)六、出现的问题及解决方法 (8)一）设计要求1）设计一个单脉冲发生器，其脉冲宽度t 与手动按钮时间长短无关，与两次按钮的时间间隔无关，仅与时钟脉冲频率有关，且有下列关系：t=1/f12）设计一个四位十进制计数器，实现0000-9999计数。
3）将上述两种电路图组成一个简易数字式频率计。
实现如图效果： F2 F1 0-1 1清零信号1清11111清零清零信号二、设计过程根据实验要求，要完成数字式频率计的设计任务就要了解其中包含的电路以及用到的知识及元器件。
首先经过查阅资料了解数字是频率计的原理和工作过程，下面简单介绍一下数字是频率计。
数字式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。
闸门电路译码显示电路闸门控制信号产生的电路（t ）计数电路其次是了解本次试验设计的频率计的工作原理和具体工作过程，本次的频率计基本上与以往的频率计大同小异，首先要设计的是一个放大整形电路，通过采用555多谐振荡器件把输入到频率计的各种波形整形成标准的方波以便进行取样计数。
然后设计的是一个闸门控制信号产生电路，使其输入1hz基准频率能够产生一个脉冲宽度为1s的单脉冲，同时该电路接上一个0-1手动按钮，按下按钮该电路能够发出两种信号，一种为宽度为1s的单脉冲控制闸门的开启，开启时间为1s，另一种为清零信号，输入到计数器中，使计数器清零。
最新数字频率计的multisim仿真
计数信号
3A
QA14
4B
QB13
＋
5C
QC12
V1 100 Hz 5 V－
6
D
QD1174160N1 Nhomakorabea10
ENT
7 ENP 2 CLK
RCO15
3A
14
QA
4B 5C
QB13 12
QC
U7A 2
6
D
11
QD
74160N
10
ENT
7 ENP 2 CLK
RCO15
3A
4B 5C
3
U7B 4
6
D
14
QA
QB13 12
计数信号 清零信号
锁存信号
0.5 Hz 方波信号
图8-45 计数、锁存和清零信号时序关系
≥1 &
清零信号
U1 OR3
锁存信号
VCC
U2
5V
NAND3
1 Hz
＋V1 －2 Hz 5 V
0.5 Hz 0.5 Hz
U4A
U4B
14 1J 1Q12 7 2J 2Q9
1 1CLK
5 2CLK
3
13 10
8
1
U3
～C LR
9
～LOAD
4 32 1
10ENT 7 2 ENP
RCO 15
CLK
CLK
3A
Q A1 4
3
14
3
14
4B 5C 6
D
Q B1 3 12
A
4B
QC
5
Q D1 1
U6A
C
6D
QA
数字显示的简易频率计
设计并制作一台数字显示的简易频率计1.设计思路本课程设计要求利用一般电路元件来设计出一个简易的数字频率计，实现的功能是测量1Hz-1MHz的信号，本电路为一般常用频率计，本电路的一般设计思路主要涉及到的问题有：频率计时钟的设计、被测波形的变换、信号闸门、计数以及计数器的清零、锁存、显示等问题，即将信号利用基准时钟信号进行截取单位时间内的脉冲个数，然后进行计数，从而完成频率计的功能。
2.方案设计2.1 算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。
可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。
图2-2是根据算法构建的方框图。
图2-1 频率测量算法示意图图2-2 频率测量对应算法方框图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，因此，为保证在1s 内被测信号的周期量误差在10³量级，则要求闸门信号的精度为10量级。
例如，当被测信号为1kHz时，在1s的闸门脉冲期间计数器将计数1000次，由于闸门脉冲精度为10，闸门信号的误差不大于0.1s，固由此造成的计数误差不会超过1，符合5×10³的误差要求。
进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但是相对误差仍在5×10³范围内。
但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为0.5Hz时其周期是2s，这时闸门脉冲仍未1s显然是不行的，故应加宽闸门脉冲宽度。
假设闸门脉冲宽度加至10s，则闸门导通期间可以计数5次，由于数值5是10s的计数结果，故在显示之间必须将计数值除以10.2.2 整体方框图及原理图2-3 测量频率的原理框图图2-4 测量周期的原理框图输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
简易频率计的设计仿真与制作
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 简易频率计的设计仿真及制作初始条件：本设计既可以使用集成脉冲发生器、计数器、译码器、单稳态触发器、锁存器、放大器、整形电路和必要的门电路等，也可以使用单片机系统设计。
用数码管显示频率计数值。
要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对简易频率计的设计、仿真、装配及调试。
2、技术要求：①设计一个频率计。
要求用4位7段数码管显示待测频率，格式为0000Hz。
②测量频率范围：10~9999Hz。
③测量信号类型：正弦波、方波和三角波。
④测量信号幅值：0.5~5V。
⑤设计的脉冲信号发生器，以此产生闸门信号，闸门信号宽度为1S。
⑥确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：1） 2010 年 6 月 26~27 日，查阅相关资料，学习设计原理。
2） 2010 年 6 月 28~30 日，方案选择和电路设计仿真。
3） 2010 年 7 月 1~3 日，电路调试和设计说明书撰写。
4） 2010 年 7 月 4 日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日简易频率计的设计仿真及制作目录1 Protues软件介绍 (3)2 设计要求......... (4)2.1整体功能要求 (4)2.2系统结构要求 (4)2.3测试指标 (4)3单元电路设计及分析 (5)3.1 数字频率计的基本原理 (5)3.2 数字频率的设计 (6)3.2.1 放大整形电路 (6)3.2.2 时基电路 (6)3.2.3 逻辑控制电路 (7)3.2.4 输出实现电路 (8)4整体电路的设计仿真及调试 (10)4.1整机电路图 (10)4.2 元件清单 (12)5课程设计心得 (14)6参考文献 (15)7成绩评定表 (16)1 Protues 软件介绍Proteus 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它可以仿真51 系列、AVR，PIC 等常用的MCU 及其外围电路(如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI 器件，部分IIC 器件...)。
简易频率计的设计与仿真
简易频率计的设计与仿真目录：一、简易频率计的设计要求及任务分析1、设计要求2、任务分析二、简易频率计的设计1、整形电路的设计和仿真2、时基控制电路的设计和仿真3、计数器、锁存器、显示器的设计和仿真三、总结四、心得体会五、参考文献简易频率计的设计与仿真一、简易频率计的设计要求及任务分析1、设计要求（1）设计原理和原理图分析计算（2）仿真过程说明（3）误差分析（4）总结（5）频率范围为1—9999Hz2、任务分析所谓频率就是指周期信号在单位时间内变化的次数。
若在一定时间间隔T内测得周期性信号的重复变化次数为N，则频率可表示为f=N/T(Hz)。
根据设计要求，数字频率计主要由以下几部分组成：放大整形电路、时基电路、闸门控制脉冲、计数器、锁存器、显示器等。
具体组成结构图如图一。
图一简易频率计的组成框图被测信号v x经放大整形电路变成计数器所要求的方波信号，其频率与被测信号v x的频率f x相同。
时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲。
当1s信号来到时，闸门电路开通，被测脉冲信号通过闸门电路，成为计数器的计数脉冲，计数器开始计数直到1s信号结束时闸门电路关闭，停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为M，则被测信号频率f=M Hz。
控制脉冲的作用是产生锁存脉冲，使显示器上的数字稳定。
二、简易频率计的设计由于设计的电路较复杂，所以将整个电路的设计分为三个部分：放大整形电路、时基控制电路（包括时基电路、闸门控制电路）、计数显示电路（包括计数器、锁存器、显示器），最后再将各部分组合连接在一起。
1、整形电路的设计和仿真整形电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，在经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限幅作用。
由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。
线路图如图二，波形图如图三。
图二整形电路元件图图三整形电路波形图注：图中正弦波形为输入信号，方波脉冲为输出信号。
数字频率计设计仿真
数字频率计设计与仿真1 引言在现代电子技术中，频率是基本的参数之一，并与许多电子参量的测量方案和测量结果有密切的关系。
因此我们对于频率的认识显得就更为重要。
频率的测量方法有很多，其中数字频率计具有测量精度高、使用方便和测量迅速等优势，是目前测量频率的主要手段。
Multisim 是以Windows 为基础的一种仿真工具，适合用于数字电路或者模拟电路的设计工作。
它有直观的捕捉和强大的仿真功能，能够轻松，快速，高效对电路图进行设计和验证。
图1-1 频率计方框图数字频率计是一种最基本的测量仪器，是通信设备、计算机应用、音频视频设备等等科研生产领域里不测或缺的测量设备之一，是一种用十进制数字显示被测信号的频率的数字的测量仪器，迄今为止已经有几十年的发展历史，频率计的基本功能是用来测量三角波信号、正弦波信号及方波信号等单位时间内变化的物理量。
因而其实际运用范围是很广泛的。
在早期，人们对于数字频率计的研究主要表现在扩大测量范围和提高精确度，而这些技术现在已日却成熟，现在人们对数字频率计又提出很多新的要求，例如价格低，操作方便，高精度，高稳定度甚至还包括数据处理和分析功能。
较老的频率计是输主门 十进制计数器显示器主门触发器 十进制计数器时基振荡器 输入放大器多芯片同步十进制技术，新型频率计要求芯片的数量要少，这样器件越少的话对于频率计的技术就会更准确，误差也会越小。
一个基本的频率计的方框图如图1-1所示。
而本课题涉及的主要内容是对输入信号的整形，闸门电路控制输入信号，以及对脉冲的计数，锁存和译码，通过该项设计可以将数字电路和模拟电路的理论知识运用到实际的设计中去，具有方便快捷，容易测量等特点。
2 选择测量方式信号频率指的是信号在单位时间内周期信号变化的次数，其表达式可写为f=N/T ，其中f 指被测信号的频率，N 为信号所累计的脉冲的个数，T 是产生N 个脉冲所需要的时间参数。
该表达式其所记录的结果就是被测信号的频率。
数字频率计课设带仿真
河北联合大学课程设计说明书设计题目：数字频率计班级：自动化姓名：学号：指导老师：2012年6月24日成绩：课程设计内容一、设计任务与技术指标1、数字显示功能：用数码管显示测量信号的频率（十进制形式显示）。
2、测量范围：10Hz~100kHz的信号，为提高测量精度，可选择高、低频段测量。
3、测量精度：误差不超过1%。
二、任务分析1、概念数字频率计是采用数字电路制成的实现对周期性变化信号的频率的测量。
2、优点及用途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，方波信号以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，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率计。
三、电路设计原理频率的定义是单位时间（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。
众所周知，频率信号易于传输，抗干扰性强，可以获得较好的测量精度。
因此，频率检测是电子测量领域最基本的测量之一。
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。
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。
直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。
本实验采用直接测量法。
优点：操作简单，误差较小；能够完成任务指标且简单易行，所用元器件都是常用易见器件，便宜经济，易于实现电路结构。
设计思路及原理：由频率定义知，频率是脉冲信号每秒钟震动的次数。
因此，如果用一个电子计数器和一个控制闸门，设法让被测信号只输入1s。
那么该计数器所显示的值即是该被测信号的频率。
在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启，计数器开始计数，在同一脉冲的下降沿到来时，闸门关闭，计数器停止计数。
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简易数字频率计仿真设计报告
班级学号姓名平时成绩答辩成绩报告成绩总分122039304 杨现涛30
122039310 郭慧泽30
目录
一、设计要求 (2)
二、设计过程 (2)
三、元器件清单 (3)
四、电路连线图 (4)
放大整形电路图 (4)
单脉冲发生器电路图 (4)
闸门电路电路图 (5)
计数部分电路图 (5)
译码显示电路图 (6)
整体电路图 (7)
五、实验（仿真结果） (8)
六、出现的问题及解决方法 (8)
一）设计要求
1）设计一个单脉冲发生器，其脉冲宽度t 与手动按钮时间长短无关，与两次按钮的时间间隔无关，仅与时钟脉冲频率有关，且有下列关系：
t=1/f1
2）设计一个四位十进制计数器，实现0000-9999计数。
3）将上述两种电路图组成一个简易数字式频率计。
实现如图效果： F2 F1 0-1 1清零信号1清
11111清零清零信号
二、设计过程
根据实验要求，要完成数字式频率计的设计任务就要了解其中包含的电路以及用到的知识及元器件。
首先经过查阅资料了解数字是频率计的原理和工作过程，下面简单介绍一下数字是频率计。
数字式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。
闸门电路
译码显示电路
闸门控制信号产生的电路（t ）
计数电路
其次是了解本次试验设计的频率计的工作原理和具体工作过程，本次的频率计基本上与以往的频率计大同小异，首先要设计的是一个放大整形电路，通过采用555多谐振荡器件把输入到频率计的各种波形整形成标准的方波以便进行取样计数。
然后设计的是一个闸门控制信号产生电路，使其输入1hz基准频率能够产生一个脉冲宽度为1s的单脉冲，同时该电路接上一个0-1手动按钮，按下按钮该电路能够发出两种信号，一种为宽度为1s的单脉冲控制闸门的开启，开启时间为1s，另一种为清零信号，输入到计数器中，使计数器清零。
接着设计的是一个闸门电路，该闸门电路采用的是与非门，主要起到控制信号输入技术部分的作用，总体来说较为简单。
再然后设计的是计数部分，该部分采用的是4位十进制计数的方法，计数范围从0000-9999。
最后设计的是译码显示部分，该部分主要起显示频率的作用，采用的是74ls47共阴极译码器。
以上介绍的是本次设计的简要电路部分，具体电路设计以及电路图后面都有涉及到。
最后，把电路图设计出来后，就要对电路图进行接线仿真与调试过程，本次采用的仿真软件为multisim12.0，该仿真软件很好的实现了频率计的演示与仿真。
我们在此次仿真调试过程中也遇到了跟种各样的麻烦与困惑，最显著的麻烦是该软件的仿真时间与现实时间误差极大，严重影响了此次实验的进程，最后经过上网查找资料和与同学研究讨论把这个问题降到了最小程度。
后来经过了一系列的演示与调试，该频率计的功能得到了很好的实现。
三、元器件清单
七段共阴极数码管作用数量74LS47D 显示 4
74LS90D 译码 4
74LS04D 反相器 1
74LS00D 与非门 1
74LS74D D触发器 2
555 多谐振荡器 1 函数发生器产生频率 2
电容 1
电源 4
接地 3 双刀开关 1
导线若干
四、电路连线图
1、放大整形电路
该电路采用的是555多谐振荡器，并连接了电容，主要作用是整形波形，使进来的各种波形整形成标准的方波，以便计数器计数，具体图形如下图：
2、单脉冲发生器电路图
该部分电路图主要是采用了两片74LS74D系列的D触发器，将其两侧串联起来，从一个CP端输入f1=1hz的基准信号，另一CP端接0-1按钮，按下按钮，输出两种信号，一种为宽度为1s的单脉冲信号，用于开启闸门，另一种为清零信号，使计数器清零，具体电路图如下：
3、闸门电路图
该闸门电路采用的是74LS00D系列的与非门，一端接入待测信号，一段接入1s的单脉冲，主要作用是控制待测信号输入计数器。
工作原理：当1s单脉冲信号输入闸门电路时闸门打开，待测信号通过闸门进入计数器，闸门开启的时间为1s，1s过后闸门自动关闭，待测信号被阻断，计数器停止计数工作，其电路图如
下：
4、计数电路图
该部分电路图主要采用4片74LS90D系列的十进制计数器，四片十进制计数
器之间通过彼此连接，每一片的输出端都与另一片的输入端口有所连接，同时保留出清零信号端口和一个输入信号端口，以便可以输入待测信号和清零信号，主要作用是实现了4位十进制计数，计数范围从0000-9999，电路图如下：
5、译码显示电路
该部分主要采用了74LS47D共阴极译码器和七段共阴极数码管各4片，通过相互连接使晶体数码管可以显示数字，主要作用是把计数器输出的信号经过译码器译码在数码管上显示出来，显示的数字就是待测信号的频率，其电路图如下：
6、整体电路图
五、实验（仿真结果）
仿真过程中两次按下0-1手动按钮可以实现频率计的开始和清零两种功能，以待测信号f2=10hz为例，具体仿真结果见下图：
六、仿真中出现的问题及解决方法
该仿真过程中出现的问题共有三个，分别是：待测信号波形比较单一，只能是标准的方波；单脉冲发生器始终发出清零信号，造成计数器无法计数；仿真时间与现实中时间相差较大，造成个人认为仿真失败。
具体解决方法如下：为了解决待测信号波形比较单一的问题，我们小组采用了设计一种放大整形电路，即采用555多谐振荡器，把简谐波和三角波等非标准
方波的波形整形成方波波形，解决了待测信号波形单一的问题。
为了解决单脉冲发生器始终发出清零信号的问题，我们小组采用了加一组反相器的方法，把发出来的清零信号变成非清零信号，从而很好地实现了频率计的计数和清零功能。
为了解决仿真时间与现实时间差距太大的问题，我们首先通过网上查找资料，把仿真软件中的交互仿真设置中最大时间步长进行了设置，并把电压大小进行了调整，选择合适的待测频率，最终把这种差距减小到最小，以至于不会影响仿真进行的地步。