数字频率计
.VHDL数字频率计（一）
VHDL数字频率计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。
随着复杂可编程逻辑器件（CPLD）的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL语言。
将使整个系统大大简化。
提高整体的性能和可靠性。
VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成电路硬件描述语言）诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一种工业标准硬件描述语言。
相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（Top to Down）和基于库（LibraryBased）的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。
从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。
数字频率计是直接用十进制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、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频率，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。
因此数字频率计在测量物理量方面应用广泛。
本设计用VHDL在CPLD器件上实现数字频率计测频系统，能够用十进制数码显示被测信号的频率，能够测量正弦波、方波和三角波等信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。
数字频率计的使用
一、实验项目
数字频率计的使用
二、实验目的
训练大家对电子线路设计、安装、调试等环节，培养学生运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
三、实验设备
1、函数信号发生器
2、数字频率计
四、实验内容
说明：NFC-1000C-1系列多功能数字频率计：具有测频、测周期、
计数等功能
输入阻抗：1M(A通道)，50（B通道）
灵敏度:50mVrms(1Hz-10Hz)
30mVrms(10Hz-100MHz)
20mVrms(100MHz-1000MHz)
1、频率测量
（1）利用函数信号发生器产生频率f，幅度A的周期信号（正
弦波、方波、三角波）
（2）将信号输入数字频率计的A通道
（3）功能开关选择FA（测频）
输入5Hz信号，计数时间为30秒,观看计数结果。
经过观看后的结果是 151
五、实验总结与体会
实验中组员之间要互相配合，分工明确，充分利用各自的优势，相互合作，共同解决出现的问题，保证在有限的时间内完成任务。
检查问题时采取逐步缩小故障的范围，最后定位，再对相应的位置做检查，解决问题。
数字频率计毕业论文
数字频率计毕业论文数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器，广泛应用于电子工程、通信工程、无线电技术等领域。
它的原理是通过将输入信号与参考信号进行比较，从而得到信号的频率信息。
本文将从数字频率计的原理、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、数字频率计的原理数字频率计的原理基于周期计数法。
它通过将输入信号与参考信号进行比较，并计算两个信号之间的相位差，从而得到信号的频率。
具体来说，数字频率计将输入信号分成若干个周期，并通过计数器记录每个周期的时间。
然后，通过计算每个周期的时间差，即可得到信号的频率。
二、数字频率计的应用数字频率计在电子工程领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于测量无线电信号的频率。
在通信工程中，我们经常需要测量无线电信号的频率，以确保信号的稳定性和准确性。
数字频率计能够提供高精度的测量结果，使我们能够更好地了解信号的特性。
其次，数字频率计还可以用于频谱分析。
频谱分析是一种将信号分解成不同频率成分的方法，可以帮助我们了解信号的频率分布情况。
数字频率计可以通过测量信号的频率，为频谱分析提供准确的数据支持，从而帮助我们更好地理解信号的特性。
此外，数字频率计还可以用于音频设备的调试和校准。
在音频工程中，我们经常需要调试和校准音频设备，以确保音频信号的准确性和稳定性。
数字频率计能够提供高精度的频率测量结果，为音频设备的调试和校准提供准确的参考。
三、数字频率计的未来发展方向随着科技的不断发展，数字频率计也在不断演进和改进。
未来，数字频率计有望在以下几个方面得到进一步发展。
首先，数字频率计的测量精度将进一步提高。
随着技术的进步，数字频率计的测量精度将得到进一步提升。
高精度的测量结果将使得我们能够更准确地了解信号的特性，为相关领域的研究和应用提供更可靠的数据支持。
其次，数字频率计的测量范围将进一步扩大。
目前，数字频率计的测量范围通常在几十Hz到几GHz之间。
未来，随着技术的发展，数字频率计的测量范围有望进一步扩大，从而能够满足更广泛的应用需求。
数字频率计的原理
1.数字频率计的原理
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放大整形电路、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，
图1 总体结构图
从原理图可知，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,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲Ⅳ，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲Ⅴ，使计数器每次测量从零开始计数。
数字频率计安全操作及保养规程
数字频率计安全操作及保养规程数字频率计是一款广泛应用于电力、工业、医疗、机械等领域的便携式计量仪器。
使用数字频率计需要遵守一定的安全操作和保养规程，以确保设备的安全性、稳定性和准确性。
本文将介绍数字频率计的安全操作和保养规程。
安全操作规程1. 操作前在使用数字频率计之前，需先仔细查看仪器的外部是否有明显的损坏。
如有明显的破损或质量问题，务必先进行维修或更换。
同时，需要检查电源线是否连接牢固，各部件是否完好无损。
在检查完毕后才能正常使用。
2. 操作中数字频率计使用时应遵循以下操作:•仔细阅读并按说明书正确操作。
•在仪器运行前，先对要测量的对象进行检查与记录。
确保检测对象的电压、频率、相位等参数在仪器测量范围内。
•长时间使用时，为防止超负荷散热，就需要不时检查仪器的温度，如有异常现象要及时关机停用，待温度恢复后再使用。
•测量过程中不要拆动设备，如未达到测量结果，应先检查设备仪器、线路、测量对象、电源之间是否有错误或不稳定现象，确认设备正常后才能进行下一步操作。
•避免不当操作或强外力撞击。
将频率计放置在平稳的台面上，防止其倾斜或翻倒，避免损坏设备或人员受到伤害。
3. 操作后数字频率计使用完毕后，应遵循以下操作:•关闭电源，然后慢慢拔下电源线。
•将频率计放置在干燥通风的环境中。
•定期清洁仪器及标准件，如有损坏需及时更换。
•长时间不使用时，应将仪器放置于阴凉，干燥的地方，定期拿出使用。
保养规程数字频率计的保养可以做到以下几点：1. 定期清理与保养数字频率计长期使用后，仪表表面会有所污染，专用擦拭巾可以清除表面污染，如果污染非常沉重，可以用清洗液加以擦洗，但要注意在擦洗过后必须立即用清水擦拭干净并保持通风干燥。
2. 安全存放数字频率计不使用时，应将其搁置于阴凉、干燥、通风、无腐蚀性气体的地方。
必要时，可以将其包裹防尘。
不要将仪器长期置放在潮湿、高温、有害气体的环境下。
3. 定期校准数字频率计在长期使用的过程中，可能会出现使用误差。
基于 fpga 的数字频率计的设计与实现
基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现随着现代科技的不断发展，我们对数字信号处理的需求也越来越高。
数字频率计作为一种用来测量信号频率的仪器，在许多领域有着广泛的应用，包括无线通信、雷达系统、声音处理等。
在这些应用中，精确、高速的频率测量常常是至关重要的。
而基于 FPGA 的数字频率计正是利用了 FPGA 高速并行处理的特点，能够实现高速、精确的频率计算，因此受到了广泛关注。
本文将从设计思路、硬件实现和软件调试三个方面，对基于 FPGA 的数字频率计的设计与实现进行详细讲解。
一、设计思路1.1 频率计原理数字频率计的基本原理是通过对信号进行数字化，然后用计数器来记录单位时间内信号的周期数，最后根据计数器的数值和单位时间来计算信号的频率。
在 FPGA 中，可以通过硬件逻辑来实现这一过程，从而实现高速的频率计算。
1.2 FPGA 的优势FPGA 作为一种可编程逻辑器件，具有并行处理能力强、时钟频率高、资源丰富等优点。
这些特点使得 FPGA 在数字频率计的实现中具有天然的优势，能够实现高速、精确的频率测量。
1.3 设计方案在设计数字频率计时，可以采用过采样的方法，即对输入信号进行过取样，得到更高精度的测量结果。
还可以结合 PLL 锁相环等技术，对输入信号进行同步、滤波处理，提高频率测量的准确性和稳定性。
二、硬件实现2.1 信号采集在 FPGA 中，通常采用外部 ADC 转换芯片来对输入信号进行模数转换。
通过合理的采样率和分辨率设置，可以保证对输入信号进行精确的数字化处理。
2.2 计数器设计频率计最关键的部分就是计数器的设计。
在 FPGA 中，可以利用计数器模块对输入信号进行计数，并将计数结果送入逻辑单元进行进一步的处理。
2.3 频率计算通过对计数结果进行适当的处理和归一化，可以得到最终的信号频率。
在这一过程中，需要注意处理溢出、误差校正等问题，以保证频率测量的准确性和稳定性。
三、软件调试3.1 FPGA 开发环境在进行基于 FPGA 的数字频率计设计时，可以选择常见的开发工具，例如 Xilinx Vivado 或 Quartus II 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。
简易数字频率计
简易数字频率计引言数字频率计是一种用来测量信号频率的仪器。
在电子工程、通信工程和音频工程等领域中都有广泛的应用。
本文将介绍一个简易的数字频率计，它基于微控制器和计数器电路，能够精准地测量输入信号的频率。
设计原理该简易数字频率计的设计原理主要包括三个部分：输入电路、计数器电路和显示电路。
输入电路输入电路用于接收待测量的信号，并将其转换为微控制器可以处理的数字信号。
一般使用一个信号放大器将输入信号放大，并通过一个阻抗匹配电路将信号阻抗与测量电路相匹配。
计数器电路计数器电路是本频率计的核心部分。
它通过计数器器件来测量输入信号的周期时间，并计算出频率值。
常见的计数器器件有74HCxx系列、CD40xx系列等。
在该设计中，我们选择了74HC160 4位可编程同步二进制计数器。
显示电路显示电路用于将测量得到的频率值以可读性良好的方式展示出来。
一般使用数码管进行数字显示。
本设计中使用了共阴极的4位7段数码管，通过串口通信将测量到的频率值发送给数码管进行显示。
硬件设计硬件设计主要包括信号放大电路、计数器电路和显示电路。
信号放大电路设计信号放大电路使用了一个运放进行信号放大，具体的放大倍数可以根据实际需求进行调整。
为了防止输入信号的干扰，还可以添加一个低通滤波器来滤除高频噪声。
计数器电路设计74HC160计数器电路的设计如下： - 连接74HC160的CLK 引脚到信号输入引脚，即可通过输入信号的上升沿触发计数器的计数。
- 使用74HC160的O0～O3输出引脚接到后续的显码驱动电路。
显示电路设计数码管的控制可以使用74HC595移位寄存器进行。
通过接口电路和微控制器进行通信，将测量到的频率值发送给74HC595，然后74HC595控制数码管进行数字显示。
软件设计软件设计主要包括信号处理和数据显示。
信号处理软件部分主要是通过计数器来测量输入信号的周期时间并计算出频率值。
通过编写的程序，将计数器的数值传输给微控制器，并进行运算得到频率值。
数字频率计用测频法测量的方法
数字频率计用测频法测量的方法
数字频率计是一种常见的测量设备，通常用于测量信号的频率。
测频法是一种常用的测量频率的方法，它可以通过测量信号的周期来确定信号的频率。
数字频率计通常使用测频法来测量信号的频率。
具体来说，数字频率计可以通过以下步骤来测量信号的频率:
1. 将信号输入到数字频率计中，数字频率计会对其进行处理，并显示信号的频率。
2. 测量信号的周期，数字频率计可以通过测量信号的持续时间来确定信号的周期。
3. 根据信号的周期，可以计算出信号的频率。
数字频率计使用测频法来测量信号的频率，具有准确、快速、方便等特点，适用于许多不同的应用场景。
拓展:
测频法是一种测量频率的方法，它可以通过测量信号的周期来确定信号的频率。
具体来说，测频法可以通过以下步骤来测量信号的频率:
1. 将信号输入到测频法仪器中，仪器会对其进行处理，并显示信号的频率。
2. 测量信号的周期，测频法仪器可以通过测量信号的持续时间来确定信号的周期。
3. 根据信号的周期，可以计算出信号的频率。
测频法仪器通常用于测量信号的频率，特别是在电子学、通信学等领域。
什么是数字频率计它在测量仪器中的应用有哪些
什么是数字频率计它在测量仪器中的应用有哪些数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器，它可以精确地测量各种周期性信号的频率，并且在不同领域有广泛的应用。
本文将介绍数字频率计的原理和测量方法，并探讨它在不同测量仪器中的应用。
一、数字频率计的原理数字频率计是基于现代计算机和数字信号处理技术的一种测量仪器。
它通过对输入信号进行数字化处理，获得信号的周期或脉冲宽度，并由此计算出信号的频率。
数字频率计的工作原理可以简化为以下几个步骤：首先，将输入信号通过模数转换器（ADC）转换成数字信号；然后，通过计数器对数字信号进行计数，以获得信号的周期或脉冲宽度；最后，根据信号的周期或脉冲宽度计算出信号的频率，并显示在数字频率计的显示屏上。
二、数字频率计的测量方法数字频率计可以使用不同的测量方法获得准确的频率值，其中常见的方法包括时间测量法、周期测量法和脉冲宽度测量法。
1. 时间测量法时间测量法是最常用的数字频率计测量方法之一。
它通过测量信号周期内的时间来计算频率。
该方法适用于周期性信号，如正弦波、方波等。
时间测量法的基本原理是：首先，将输入信号信号与参考时间间隔进行比较，以判断信号周期的整数倍；然后，使用高精度时钟计数器测量信号周期内的时间，最后根据测得的时间计算出信号的频率。
2. 周期测量法周期测量法适用于脉冲信号或周期性信号。
它通过测量脉冲宽度或信号的占空比来计算频率。
周期测量法的基本原理是：首先，测量脉冲信号或周期性信号的周期或脉冲宽度；然后，根据测得的周期或脉冲宽度计算信号的频率。
3. 脉冲宽度测量法脉冲宽度测量法适用于脉冲信号。
它通过测量脉冲信号的宽度来计算频率。
脉冲宽度测量的基本原理是：首先，检测脉冲信号的上升沿和下降沿；然后，测量脉冲信号上升沿和下降沿之间的时间差，即脉冲信号的宽度；最后，根据脉冲信号的宽度计算信号的频率。
三、数字频率计在测量仪器中的应用数字频率计在各个领域的测量仪器中有广泛的应用，下面将介绍几个主要的应用领域。
数字频率计
数字频率计(51单片机)(总21页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--自动化与电子工程学院单片机课程设计报告课程名称：单片机原理与应用学院：自动化与电子工程院专业班级：学生姓名：完成时间：报告成绩：评阅意见：评阅教师日期目录第1章数字频率计概述 (1)数字频率计概述 0数字频率计的基本原理 0单脉冲测量原理 (1)第2章课程设计方案设计 (1)系统方案的总体论述 (1)系统硬件的总体设计 (2)处理方法 (2)第3章硬件设计 (3)单片机最小系统 (3)第4章软件设计 (4)系统的软件流程图 (4)程序清单 (6)第5章课程设计总结 (6)参考文献 (7)附录Ⅰ仿真截图 (8)附录Ⅱ程序清单 (14)第1章数字频率计概述数字频率计概述数字频率计又称为数字频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器，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方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。
本数字频率计将采用定时、计数的方法测量频率，采用6个数码管显示6位十进制数。
测量范围从10Hz—，精度为1%，用单片机实现自动测量功能。
基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。
它以测量频率的方法对方波的频率进行自动的测量。
数字频率计的基本原理数字频率计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（如图所示）。
图频率测量原理频率的测量实际上就是在1s时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。
用单片机设计频率计通常采用的办法是使用单片机自带的计数器对输入脉冲进行计数；好处是设计出的频率计系统结构和程序编写简单，成本低廉，不需要外部计数器，直接利用所给的单片机最小系统就可以实现。
缺陷是受限于单片机计数的晶振频率，输入的时钟频率通常是单片机晶振频率的几分之一甚至是几十分之一，在本次设计使用的AT89C51单片机，由于检测一个由“1”到“0”的跳变需要两个机器周期，前一个机器周期测出“1”，后一个周期测出“0”。
影响数字频率计精度输出信号
影响数字频率计精度输出信号数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器，广泛应用于通信、电子、自动化等领域。
在实际应用中，我们常常会遇到一些因素，会对数字频率计的精度输出信号产生影响。
本文将探讨这些影响因素，并提供相应的解决方案，以保证数字频率计的测量结果准确可靠。
温度是影响数字频率计精度的重要因素之一。
数字频率计的工作温度范围通常在一定范围内，超过这个范围会导致测量结果的偏差。
因此，在使用数字频率计时，应尽量将其工作环境保持在规定的温度范围内，避免温度对测量结果的影响。
输入信号的幅度也会对数字频率计的精度产生一定的影响。
当输入信号的幅度过大或过小时，数字频率计的测量精度会降低。
因此，在进行频率测量时，应尽量调节输入信号的幅度，使其接近数字频率计的额定输入幅度，以提高测量的准确性。
输入信号的波形和频谱也会对数字频率计的精度产生一定的影响。
如果输入信号存在谐波或杂散分量，会使得数字频率计的测量结果产生误差。
为了避免这种情况的发生，可以采取滤波等措施，将输入信号中的谐波和杂散分量滤除，以提高数字频率计的测量精度。
数字频率计的采样率也会对其测量精度产生影响。
采样率过低会导致测量结果的失真，采样率过高则会增加计算的复杂度。
因此，在选择数字频率计时，应根据实际需求合理选择采样率，以兼顾测量精度和计算效率。
数字频率计的校准也是保证其测量精度的重要手段。
定期对数字频率计进行校准，可以及时发现和修正其测量偏差，保证测量结果的准确性。
在进行校准时，应选择合适的标准信号源，并按照标准流程进行校准操作，以确保校准结果的可靠性。
数字频率计的精度输出信号受多种因素影响，包括温度、输入信号幅度、输入信号波形和频谱、采样率以及校准等。
在实际应用中，我们应重视这些因素的影响，并采取相应的措施，以保证数字频率计的测量结果准确可靠。
通过合理的使用和维护，数字频率计将为我们提供准确、可靠的频率测量服务，助力各个领域的科学研究和工程实践。
毕业设计194数字式频率计设计实验报告
数字式频率计设计实验报告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。
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。
一：设计要求1. 用555产生待测频率信号和定时时机信号。
2．频率测量范围为0000～9999 Hz。
3. 用LED数码管显示频率数值。
4. 计数结束时对数码管清零。
二：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为N，则其频率可表示为f=N/T。
图1①时基电路时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1s），由定时器555 构成的多谐振荡器产生。
若振荡器的频率，则振荡器的输出波形如图1中的波形II所示，其中t1=1s，t2=0.25s。
由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7R2C，可计算出电阻R1、R2及电容C的值。
图2②逻辑控制电路根据图1(b)所示波形，在计数信号II 结束时产生锁存信号IV，锁存信号IV 结束时产生清“0”信号V。
脉冲信号IV 和V 可由两个单稳态触发器74LS123 产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。
设锁存信号IV 和清“0 ”信号V的脉冲宽度tw 相同，如果要求tw=0.02s ，则得tw=0.45RextCext=0.02s。
若取Rext=10kΩ，则Cext=tw/0.45Rext=4.4μF。
由74LS123 的功能可得，当1RD=1B=1,触发脉冲从1A 端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q 1可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图1 所示的波形IV 和V 的要求。
手动复位开关S 按下时，计数器清“0”。
图3③锁存器锁存器的作用是将计数器在1s 结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。
数字频率计课程设计报告
THANKS
精度
精度是数字频率计的重要指标之一， 表示测量结果与真实值之间的接近程 度。提高精度的方法包括采用高精度 计数器、降低系统误差等。
分辨率
分辨率指数字频率计能够分辨的最小 频率间隔，与计数器的位数有关。
稳定性
稳定性指数字频率计在长时间使用过 程中保持其性能参数不变的能力。提 高稳定性的措施包括选用优质元器件 、优化电路设计等。
计数与显示
采用高速计数器对输入信号的脉冲进行计数，同 时将计数值实时显示在数码管或液晶屏幕上。
3
控制与处理
通过微处理器或单片机等控制核心，实现计数器 的启动、停止、清零等操作，并对计数值进行处 理，得到频率值。
关键技术参数
计数范围
数字频率计的计数范围决定了其能够 测量的频率范围，一般应满足实际需 求。
显示器
选用LED或LCD显示器，用于显示测量结果的频率值。
硬件电路图设计
电源电路
设计稳定的电源电路 ，为整个系统提供所 需的工作电压。
输入信号调理电路
根据实际需求设计输 入信号调理电路，包 括放大倍数、滤波截 止频率等参数的确定 。
微控制器电路
设计微控制器的最小 系统电路，包括晶振 、复位电路等。
02
数字频率计基本原理
频率定义及测量方法
频率定义
频率是单位时间内周期性信号重复的 次数，通常以赫兹（Hz）为单位表示 。
测量方法
频率的测量可以通过计数单位时间内 信号周期的个数来实现。常见的测量 方法包括直接计数法、测周法和等精 度测频法。
数字频率计工作原理
1 2
输入信号处理
数字频率计首先接收输入信号，经过放大、整形 等处理，将其转换为适合计数的脉冲信号。
数字频率计
数字频率计数字频率计是采纳数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。
频率计重要用于测量正弦波、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。
通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。
目录优点用途重要构成基本原理优点用途在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。
数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。
很多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。
尤其是将数字频率计与微处理器相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的进展，基于数字式频率计构成的各种测量仪器、掌控设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。
重要构成频率计重要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及掌控电路。
输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
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，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调整输入放大的增益，被测信号得以放大。
时基和闸门电路：闸门电路是掌控计数器计数的标按时间信号，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决议的，闸门信号的精度很大程度上决议了频率计的频率测测量精度。
当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。
时基信号可由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，作为闸门开通的基按时间。
被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。
计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。
数字频率计(51单片机)
数字频率计(51单片机)数字频率计（51单片机）数字频率计（Digital Frequency Counter）是一种常用的电子测量仪器，可用于测量信号的频率。
在本文中，我们将介绍如何使用51单片机实现一个简单的数字频率计。
一、原理简介数字频率计的基本原理是通过计算信号波形周期内的脉冲数来确定频率。
在实际应用中，我们通常使用51单片机作为微控制器，通过计数器和定时器模块来实现频率计算。
二、硬件设计1.信号输入首先，我们需要将待测信号输入到频率计中。
可以使用一个输入接口电路，将信号连接到51单片机的IO口上。
2.计时模块我们需要使用51单片机的定时器/计数器来进行计时操作。
在这里，我们选择使用定时器0来进行计数，同时可以利用定时器1来进行溢出次数的计数，以扩展计数范围。
3.显示模块为了显示测量结果，我们可以使用数码管、LCD液晶显示屏等显示模块。
通过将结果以可视化的方式呈现，方便用户进行观察和读数。
三、软件设计1.定时器配置首先，我们需要对定时器进行配置，以确定计时器的计数间隔。
通过设置定时器的工作模式、计数范围和时钟频率等参数，可以控制定时器的计数精度和溢出时间。
2.中断服务程序当定时器溢出时，会触发中断，通过编写中断服务程序，实现对计数器的相应操作，例如将计数值累加，记录溢出次数等。
3.数字频率计算根据计数器的值和溢出次数，我们可以计算出信号的频率。
通过简单的公式计算，即可得到测量结果。
四、实验步骤1.搭建硬件电路，将待测信号连接到51单片机的IO口上，并连接显示模块。
2.根据硬件设计要求，配置定时器的工作模式和计数范围。
3.编写中断服务程序，实现对计数器的相应操作。
4.编写主程序，实现数字频率计算和显示。
5.下载程序到51单片机，进行测试。
五、实验结果与分析通过实验，我们可以得到信号的频率测量结果，并将结果以数码管或LCD屏幕的形式进行显示。
通过对比实际频率和测量频率，可以评估数字频率计的准确性和稳定性。
数字频率计
二 、数字频率计的设计实例（一）、.频率计测量的工作原理数字频率计是用于测量信号频率的电路。
测量信号的频率参数是最常用的测量方法之一。
实现频率测量的方法较多，在此我们主要介绍三种常用的方法：时间门限测量法、标准频率比较测量法、等精度测量法。
（1） 时间门限测量法在一定的时间门限T 内，如果测得输入信号的脉冲数为N,设待测信号的频率为f x ，则该信号的频率为 TNf x =改变时间T ，则可改变测量频率范围。
此方法的原理框图如图2-1所示，时序波形图如图2-2所示。
用时间门限测量方法测量时，电路实现起来较容易，但对产生的时间门限要求精度较高，测量的时间误差最大是正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。
图2-1 测频原理图图2-2 测频时序波形图（2）标准频率比较测量法用两组计数器在相同的时间门限内同时计数，测得待测信号的脉冲个数为N 1、已知的标准频率信号的脉冲个数为N 2，设待测信号的频率为f x ，已知的标准频率信号的频率为f 0；由于测量时间相同，则可得到如下等式：21N f N f x = 从上式可得出待测信号的频率公式为： 021f N N f x =标准频率比较测量法对测量产生的时间门限的精度要求不高，对标准频率信号的频率准确度和稳定度要求较高，标准信号的频率越高，测量的精度就越高。
该方法的测量时间误差与时间门限测量法的相同，可能的最大误差为正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。
测量时可能产生的误差时序波形如图2-3所示。
（3）等精度测量法以上介绍的两种测量频率的方法实现电路容易，但是，测量的精度与待测信号的频率有关，待测信号频率越高，测量的精度就越高，反之，测量精度越低。
为了提高测量低频时的精度，使得测量的高、低频率精度都一样，一般采用等精度测量法。
上面介绍的两种方法都是在闸门门限的控制下来实现计数器的计数开始和结束的。
当闸门门限的上升沿到来时，计数器计数开始，当闸门门限的下降沿到来时，计数器计数结束。
数电课设——数字频率计
待测信号一般不是规则的方波，大多为正弦波或者三角波，它们经由一个555定时器组成的整形电路变换成方波，但它们的频率并不会发生变化，此信号送进门控电路。当闸门信号为高电平时，门控电路开启，待测信号被允许进入计时器。当闸门信号为低电平时，门控电路关闭，同时发出锁存信号，使译码器处在锁存状态，此时可读出数码管显示的数字并记录。锁存信号降为低电位是，清零信号使计数器清零，重新测一次频率。频率由计算公式（2.1）算的。
锁存信号
清零信号
溢出信号
不规则待测信号
4各部分电路设计及参数计算
根据此次课程设计的要求，我所设计的数字频率计基本有八部分组成，分别是整形电路、石英振荡电路、分频电路、自动换挡电路、门控电路和计数电路、锁存和清零电路、译码显示电路和报警电路。以下详细叙述各部分电路的设计原理及参数计算。
4.1整形电路
4.1.1 整形电路图
Tw=RCIn3≈1.1RC 式（4.2）
式中Tw——单稳态触发器处于暂态的（高电平）的时间，s。
R一般在几欧到几兆欧之间，C一般在几百皮法到几百微法。
因为两个555单稳的Tw均定为100us，所以取C为1uF,由公式（4.2）得R为100Ω。
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数字频率计目录摘要 (3)第一章设计要求 (4)原理框图 (4)设计指标 (4)设计方案比较 (4)第二章整体方案设计 (5)2.1 算法设计 (5)2.2 整体方框图及原理 (6)第三章单元电路设计 (7)3.1整形放大电路设计 (7)3.2时基电路设计 (9)3.3闸门电路设计 (11)3.4控制电路设计 (13)3.5自动换挡设计 (14)3.5整体电路图 (16)3.6整机原件清单 (16)第四章设计小结 (17)5.1 设计任务完成情况 (17)5.2 问题及改进 (18)5.3心得体会 (19)第五章参考文献 (19)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。
其基本功能是测量正弦信号、方波信号、三角波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。
在数字电路中，数字频率计属于时序电路，本课题主要选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易数字频率计，以触发器和计数器为核心，由信号输入、隔直，触发、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。
放大整型电路：对被测信号进行预处理；闸门电路：攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数；时基信号：基准信号；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，计单位时间内脉冲个数，把十进制计数器计数结果译成BCD码；显示：把BCD码译码在数码管显示出来。
设计中采用了模块化设计方法，采用适当的放大和整形，提高了测量频率的范围。
本课程设计介绍了简易频率计的设计方案及其基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。
整个设计配以仿真电路图和波形图加以辅助说明。
设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是仿真结果及分析，这部分是为了分析电路是否按理论那样正常工作，便于理解。
三是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。
最后是对本次课程设计的总结。
关键字：频率计、时基电路、逻辑控制、分频、计数、逻辑显示第一章 数字频率计的设计12设计目标：(1) 被测信号的频率范围为1Hz 999KHz ，分为4个档位：1Hz,10Hz,100Hz,KHz 。
(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3为数码管显示测量数据，测量误差小于10%。
(4) 用3个发光二极管表示单位，分别对应3个高档位。
(5) 具有自动换挡功能，即超量程能换高档，欠量程换低档。
3设计方案比较（1）方案一本系统采用可控制的计数、锁存、译码显示系统，石英晶体振荡器及多级 分频系统，带衰减器的放大整形系统和闸门电路四部分组成。
由晶体振荡器，多级分频系统及门控电路得到具有固定宽度T 的方波脉冲做门控信号，当门控信号到来，闸门开启，周期为TX 的信号脉冲和周期为T 的门控信号相与通过闸门，在闸门输出端产生的脉冲信号送到计数器，计数器开始计数，知道门控信号结束，闸门关闭。
单稳1的哲态送入锁存器的使能端，锁存器将计数器结果锁存，计数正弦波 图1-1 数字频率计原理框图器停止计数并被单稳2的暂态清零。
若取闸门的时间T 内通过闸门的信号脉冲个数为N ，则锁存器中的锁存计数。
测量频率可直接从数字显示器上读出。
（2）方案二纯硬件的实现方法，系统采用由时基电路、放大整形电路、逻辑控制电路和数码显示器四部分组成。
时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1s ），经过三极管与555构成的施密特整形电路放大整形，由74LS90十进制计数器和74LS273锁存器将所测的频率传给数码管，显示出来。
（3）方案比较方案一和方案二均可实现课题要求，且方案二可根据闸门时间选择量程范围。
而且方案二最大的特点就是全硬件电路实现，电路稳定性好、精度高、没有繁琐的软件调试过程，大大的缩短了测量周期。
根据实际实验现有的器件及我们所掌握的知识层面，我们选择采用方案二。
第二章 整体方案设计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。
该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，这时闸门脉冲仍是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 整体方框图及原理输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
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。
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。
时基信号由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。
计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。
在计数的时候数码管不显示数字。
当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。
控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。
控制电路工作波形的示意图如图2-5.第三章单元电路设计1.放大整形电路（1）电路分析：对信号的放大功能由三极管构成放大电路来实现，对信号整形的功能由施密特触发器来实现。
施密特触发器电路是一种特殊的数字器件，一般的数字电路器件当输入起过一定的阈值，其输出一种状态，当输入小于这个阈值时，转变为另一个状态，而施密特触发器不是单一的阈值，而是两个阈值，一个是高电平的阈值，输入从低电平向高电平变化时，仅当大于这个阈值时才为高电平，而从高电平向低电平变化时即使小于这个阈值，其仍看成为高电平，输出状态不这；低电平阈值具有相同的特点。
（2）电路图：图3-1-1放大整形电路原理图（3)仿真电路图：频率为10KHZ时的仿真电路图：图3-1-2频率为10KHZ时的仿真电路图频率为1KHZ时的仿真电路图：图3-1-3频率为1KHZ时的仿真电路图2时基电路设计（1）原理：时基电路由两部分组成: 如图3-2-1所示，第一部分为555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1000Hz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:f=1.43/((R1+2*R2)*C),因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取430欧姆,R3取500欧姆,电容取1uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。
在R1和R3之间接了一个10K的电位器便于在后面调节使得555能够产生非常接近1KHz的频率。
如图3-2-2所示，第二部分为分频电路,主要由4518组成（4518的管脚图，功能表及波形图详见附录），因为振荡器产生的是1000Hz的脉冲,也就是其周期是0.001s,而时基信号要求为0.01s、0.1s和1s。
4518为双BCD加计数器，由两个相同的同步4级计数器构成，计数器级为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位，CR线为高电平时清零。
计数器在脉动模式可级联，通过将Q³连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP 输入保持低电平。
如图3-2-4所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。
（2）电路原理图：图3-2-1 振荡器原理图图3-2-2 分频电路原理图（2）电路仿真图：图3-2-3振荡器仿真图图3-2-4 分频电路仿真图3闸门电路设计（1）原理如图3-3所示，通过74151数据选择器来选择所要的10分频、100分频和1000分频。
74151的CBA接拨盘开关来对选频进行控制。
当CBA输入001时74151输出的方波的频率是1Hz；当CBA输入010时74151输出的方波的频率是10Hz；当CBA输入011时74151输出的方波的频率是100Hz；这里我们以输出100Hz的信号为例。
分析其通过4017后出现的波形图（4017的管脚图、功能表和波形图详见附录）。
4017是5位计数器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端，时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制，INH为低电平时，计数器清零。
100Hz的方波作为4017的CP端，如图3-3，信号通过4017后，从Q1输出的信号高电平的脉宽刚好为100Hz信号的一个周期，相当于将原信号二分频。
也就是Q1的输出信号高电平持续的时间为10ms，那么这个信号可以用来导通闸门和关闭闸门。
(2)原理图图3-3-1 闸门电路原理图（3）波形图图3-3-2 闸门电路波形图4控制电路设计（1）电路分析：控制电路需要控制几个模块。
包括计数电路，锁存电路，和译码显示电路。
通过产生控制信号控制所要控制的模块，同时会产生清零信号和锁存信号，使显示器显示的测量结果稳定。
（1）计数电路74160 的清除端是异步的。
当清除端/MR 为低电平时，不管时钟端CP 状态如何，即可完成清除功能。
74160 的预置是同步的。
当置入控制器/PE 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0－Q3 与数据输入端 P0－P3 一致。