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。

经过上述分析数字频率计设计电路框图如下：

电路原理框图

方案一：

根据上述分析，频率计定时时间1S可以通过1HZ脉冲源或555定时器和电容、电阻构成的多谐振荡器产生1000Hz的脉冲，在进行分频成1Hz即周期为1S的脉冲，再通过T触发器把脉冲正常高电平为1S；放大整形电路通过与非门、非门和二极管组成；闸门电路用一个与门，只有在定时脉冲为高电平时输入信号才能通

过与门进入计数电路计数；计数电路可以通过5个十进制的计数器组成，计数器在将计的脉冲个数通过锁存器进行稳定最后通过6个LED数码显像管显示出来。方案二：

频率计定时时间1S可以直接通过1HZ脉冲源555定时器和电容、电阻构成的多谐振荡器产生1Hz的脉冲，再通过T触发器把脉冲正常高电平为1S；放大整形电路可以直接用一个具有放大功能的施密特触发器对输入的信号进行整形放大，其他模块的电路方案和方案一的相同。

通过对两种方案的分析，为了减少总的电路的延迟时间，提测量精确度，所以选择元件少的第二种方案。

4单元电路的实际与计算

4.1 时基电路：

用1HZ的脉冲源通过JK连成的T触发器把脉冲正常高电平为1S的脉冲，元件如下：

时基电路

4.2 放大整形电路：

为了能测量不同的电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。波形整形采用施密特触发器。其电路

如下：

放大整形电路

4.3 闸门电路：

用一个与门作为脉冲能否通过的闸门，当定时信号Q为高电平时，闸门打开，输入信号进入计数电路进行计数，否则，其不能通过闸门。

电路如下：

4.4计数电路：

计数电路用5片74160计数器组成100000进制的计数电路，74160是上升沿有效的，来一个脉冲上升沿，电路记一次数，所以计数的围为0~100000.但计数1S 后要对计数器进行清零或置零，在这里用清零端，高电平有效，当计数1S后，Q 为低电平，Q’为高电平，所以用Q’作为清零信号

计数电路

4.5锁存显示电路：

当计数电路计数结束时，要把记得脉冲数锁存通过数码显示管稳定显示出来。锁存器用D触发器完成。

4.6显示译码器和数码管电路：

LED显示器分共阴极和共阳极两种接法，我用的LED显示器为共阳极的，所以用74LS48译码器译码，在接显示器。如图所示：

显示译码电路

5 电路工作原理及元件清单

5.1 总原理图

5.2电路完整工作过程描述（总体工作原理）

1HZ的脉冲源或555组成的多谐振荡器产生1Hz的脉冲，经过T触发器整形形成高电平时间为1S的脉冲，高电平脉冲打开闸门，让经施密特触发器放大整形的测脉冲通过，进入计数器进行1S的计数。当计数结束时，T触发器的Q为下降沿Q’刚好为上升沿，触发锁存器工作，让计数器输出的信号通过锁存器锁存显示，同时，高电平的Q’信号对计数电路进行清零，此后，电路将循环上述过程，但对于同一个被测信号，在误差的允许围，LED上所显示的数字是稳定的。

5.3元件清单

元件序号名称数量功能

1 74160 5 加法计数