数字频率计
数字频率计,频谱测量
研究背景：毕业设计题目《频率域的仿真测量仪器设计》，要实现的功能包括频率测量和数字频率计。
数字频率计：数字频率计即DFM-Dijital Frequency Meter,也称为数字频率表或电子计数器，它不仅是电子测量和仪器仪表专业领域中测量频率与周期，测量频率比和进行计算的重要仪器，而且要比示波器测量频率更加方便和经济，特别是现在电子计数器产品也组件和具有多种测量功能的数字式频率计，已近广泛应用于计算机系统，通讯广播设备，生产过程自动化测控装置，带有LED,LCD数字显示单元的多种仪器仪表以及诸多的科学技术领域。
随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，EDA技术是现代电子设计技术的核心，它应用工具软件上完成逻辑编译，逻辑化简。
逻辑优化，以及仿真测试等设计，以实现既定的硬件系统功能，EDA技术使设计者的产品开发周期大大缩短，产品的性价比提高，从而在电子设计领域越来越广泛的应用。
在电子信息技术的今天，对电信号的测量精度要求越来越高，大部分频率计采用普通门电路或者可编程逻辑器件作为信号处理系统的控制核心，存在结构复杂，稳定性差，精度不高的弊端，在大量的产品开发，研制和电子仪表生产与试验工作中，多是需要自行设计测频与计数电路的组件单元，有时不必购置上述贵重的专用测频计数仪器。
数字频率计时一种基础测量仪器，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张测量范围，再加上提高测量精度，稳定度等，这些也是人们衡量数字频率的技术水平，决定数字频率计价格的高低的主要依据，目前这些基本技术日趋完善，成熟，应用现代技术可以轻松的将数字频率计的测量上限扩展到微波频段。
随着科学技术的发展，用户对数字频率计也提出了新的要求。
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，面对与中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率，除通常通用频率计所使用的功能外，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了尽头。
.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
一、总体设计思想1.基本原理数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，是测量周期信号的频率的。
我们这里要求的是对峰峰值3～5V的方波进行测频。
说到原理，我们应该从什么是频率说起。
所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1秒) 内变化的次数。
但是我们既然用到数字测频器，并且用LED显示出来，最好是起到简便的作用，因此如果我们能在给定的单位时间（例如1秒）或其他时间内对信号波形计数，并将计数结果用LED显示出来，就能知道被测信号的频率。
因此，可以将时钟信号先经过分频器把信号的时间脉冲调整成单位时间脉冲，也就是标准秒信号。
这样方便与下面的控制与测频。
然后把被测信号以及刚刚获得的标准秒信号都经过控制电路，设置控制电路的目的是检测是否这两个脉冲信号能否成功送入计数器计数。
而计数器的作用是对输入脉冲计数。
这样我们就有时间脉冲的记录，然后在经过数据锁存器，设置数据锁存器的目的是为了锁定刚刚计数器所记录下来的结果，这样才会有稳定的输出，否则将会造成计数器的结果丢失。
紧接着连接一个显示译码器主要是把信号通过译码器转换成为显示器能够识别的码制，最后则是通过LED显示我们的最终结果。
2.设计框图根据这次课程设计的要求：设计一个数字频率计，测量频率范围：1～100kHz。
频率的LED数字显示。
测量信号方波峰峰值3～5V。
我设计了如下的总体设计框图。
主要是针对我的设计的基本原理也就是先将时钟信号先经过分频器，再把被测信号以及刚刚获得的标准秒信号都经过控制电路，接着是计数器，然后是数据锁存器，数据译码器，最后是LED 显示器。
二、设计步骤和调试过程 1、总体设计电路这次课程设计的要求是设计一个数字频率计，测量频率范围：1～100kHz 。
频率的LED 数字显示。
测量信号方波峰峰值3～5V 。
所以我先将时钟信号先经过分频器把信号的时间脉冲调整成单位时间脉冲，也就是标准秒信号。
这样方便与下面的控制与测频。
然后把被测信号以及刚刚获得的标准秒信号都经过控制电路，设置控制电路的目的是被测信号计数检测是否这两个脉冲信号能否成功送入计数器计数。
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。
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。
数字频率计
摘要在电子技术中, 频率是最基本的参数之一, 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, 频率是反映信号特性的基本参量之一,频率测量在应用电子技术领域有着重要的地位。
测量的数字化、智能化是当前测量技术发展的趋势。
本文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。
如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。
因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。
本次设计选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易七位数显频率计，以触发器和计数器为核心，由信号输入、放大、整形、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：读取单位时间内进入计数器的脉冲个数；时基信号：产生一个秒信号；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，记录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码译码在数码管上显示出来。
文中首先对七位数显频率计的整体设计方案进行了分析和论证，并对用Protel99se软件画原理图及PCB图的制作了具体介绍。
关键词：频率，集成电路，Protel99se软件IAbstractIn electronic technology, the frequency is one of the most basic parameters, in digital circuits, digital frequency meter are sequential circuit, it has a memory function by the composition of the flip-flop. In the computer and various digital instruments, they are widely used. CMOS products in the circuit, the digital frequency meter is the amount of the largest varieties of many products, computers, communications equipment, audio, video and other essential areas of research and production of measuring instruments, and with a number of electrical parameters of the measurement program, the measurement results are very closely related to the frequency characteristics of reflected signals, one of the basic parameters, This article is a digital frequency meter with digital display of the equipment under test signal frequency, the measured signal can be sine wave, square wave or other periodic signal change. Such as with the appropriate sensors, can test a wide range of physical quantities, such as the frequency of mechanical vibration, speed, sound frequency, as well as piece-rate products and so on.The design of the main choice of integrated chips as the core devices, we designed a simple digital frequency meter 7 to flip-flop and counters at the core, by the signal input, amplification, shaping, counting, data processing and data display function module group into. Cosmetic surgery to enlarge the circuit: The pre-processing of measured signals; gate circuit: read per unit time the number of pulses into the counter; time base signal: 1 seconds generated signal; Counter Decoder: Decoding count on a single chip integrated , recording the number of pulses per unit time,Count the results of the decimal counter to BCD code; show: the BCD code decoding in the digital tube display. Protel99se use of schematic and PCB drawing maps for the details.Keywords: Frequency, Intergrated circuit, software Protel99II目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第一章引言 (1)1.1课题的目的及意义 (1)1.2国内外发展现状及研究概况 (1)1.3设计的主要技术指标与参数 (2)1.4设计的主要内容 (2)第二章方案的比较与论证 (3)2.1测量方法分析 (3)2.2误差分析 (4)2.3方案的选择与确立 (5)第三章总体电路设计 (6)3.1电路的组成及工作原理 (6)3.1.1电路的组成 (6)3.1.2频率计的工作原理 (6)3.2原理方框图 (8)3.3电路工作各部分原理 (9)3.3.1计数显示电路 (9)3.3.2放大分频整形电路 (10)3.3.3秒脉冲发生电路和控制电路 (11)3.3.4 测晶振电路 (13)3.3.5电源供电电路 (14)3.4整体电路原理图 (15)第四章各部分芯片介绍 (16)4.1MC14543的介绍 (16)4.2 MC14553的介绍 (18)III4.3 HCF4033的介绍 (20)4.4 CD4060的介绍 (21)4.5 CD4017的介绍 (22)4.6 AD829的介绍 (24)第五章Protel99SE的介绍 (26)5.1 Prote l的发展 (26)5.2 Protel99SE的简介 (26)5.3原理图设计步骤 (27)5.4 PCB板图的设计 (28)5.5 PCB版图 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录原件明细表 (35)IV第一章引言1.1课题的目的及意义数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，是一些科研生产领域不可缺少的测量仪器，被测信号可以是正弦波，方波，三角波或其它周期性变化的信号。
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”。
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。
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。
数字频率计设计实训报告
一、实训目的1. 熟悉数字频率计的原理和设计方法。
2. 学会使用数字电路设计工具进行电路设计。
3. 提高实际动手能力，培养创新思维。
4. 增强团队协作意识。
二、实训内容本次实训以设计一款简易数字频率计为目标，主要内容包括：1. 确定设计指标和功能要求。
2. 设计数字频率计的硬件电路。
3. 编写程序实现频率计的功能。
4. 进行电路调试和测试。
三、设计指标和功能要求1. 频率测量范围：1Hz～99.99kHz。
2. 波形测量：正弦波、方波、三角波等。
3. 数码显示：LCD1602液晶显示屏。
4. 量程选择：手动切换。
5. 误差：≤±1%。
四、硬件电路设计1. 信号输入电路：采用LM324运算放大器作为信号放大和整形电路，确保信号幅度在1Vpp以上。
2. 分频电路：采用74HC390计数器进行分频，将输入信号频率降低到计数器可计数的范围内。
3. 计数电路：采用74HC595移位寄存器实现计数功能，计数结果通过串口输出。
4. 显示电路：采用LCD1602液晶显示屏显示频率值。
5. 控制电路：采用AT89C52单片机作为主控制器，负责信号处理、计数、显示和量程切换等功能。
五、程序设计1. 初始化：设置计数器初值、波特率、LCD1602显示模式等。
2. 主循环：检测信号输入、计数、计算频率、显示结果。
3. 信号处理：对输入信号进行放大、整形、分频等处理。
4. 计数：根据分频后的信号频率，对计数器进行计数。
5. 计算频率：根据计数结果和分频系数计算实际频率。
6. 显示：将计算出的频率值通过串口发送到LCD1602显示屏。
7. 量程切换：根据手动切换的量程，调整分频系数。
六、电路调试与测试1. 调试信号输入电路，确保信号幅度在1Vpp以上。
2. 调试分频电路，确保分频后的信号频率在计数器可计数的范围内。
3. 调试计数电路，确保计数器能够正确计数。
4. 调试显示电路，确保LCD1602显示屏能够正确显示频率值。
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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摘要随着电子信息产业的不断发展，信号频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。
传统的频率计通常是用很多的逻辑电路和时序电路来实现的，这种电路一般运行较慢，而且测量频率的范围较小。
本方案以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电路进行放大，再被送到波形整形电路整形为方波。
利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。
编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示。
本课设硬件方面以单片机AT89S52为核心，通过独立式键盘输入，运用单片机的运算和控制功能并采用数码管将所测频率显示出来。
软件方面采用C语言编程，运用定时计数器测量频率，再调显示函数，将测得的结果显示在数码管上。
系统简单可靠、操作简易，能基本满足一般情况下的需要。
既保证了系统的测频精度，又使系统具有较好的实时性。
本频率计设计简洁，便于携带，扩展能力强，适用范围广。
关键词：频率计；AT89S52;数码管目录1 设计任务与要求 (1)1.1 设计课题任务 (1)1.2 设计内容 (1)1.3 设计要求 (1)1.4 设计课题总体方案介绍及工作原理说明 (1)1.4.1 设计思路 (1)1.4.2 频率计工作原理 (2)2 硬件系统的设计 (3)2.1 单片机AT89S52 (3)2.2 晶振电路 (3)2.3 按键电路 (4)2.4 复位电路 (5)2.5 显示电路 (5)2.6 下载电路 (6)2.7 电源电路 (7)3 软件系统的设计 (8)3.1 软件系统各模块功能简要介绍 (8)3.2 软件系统程序流程框图 (9)4 调试与分析 (12)4.1 使用说明 (12)4.2 结果显示 (12)4.3 误差分析 (13)结束语 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录 (18)附录A 程序 (18)附录B 电路原理图 (25)附录C 实物图 (26)附录D PCB图 (27)1 设计任务与要求1.1 设计课题任务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。
1.2 设计内容（1）、频率计的硬件系统：单片机最小系统模块；供电模块；显示模块；键盘模块。
（2）、频率计的软件系统：系统监控程序模块；显示程序模块；键盘程序模块；频率测量程序模块；周期测量程序模块；脉宽测量程序模块；占空比测量程序模块。
1.3 设计要求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。
被测信号频率范围：10Hz至500KHz。
1.4 设计课题总体方案介绍及工作原理说明1.4.1 设计思路本次设计主要分成两大方面：硬件电路的设计和软件程序的设计。
硬件电路方面，采用单片机最小系统，便可实现课题要求。
程序的设计方面，本人采用C 语言编写程序。
其整体框图如图1所示:图1 单片机整体框图1.4.2 频率计工作原理此数字频率计是利用单片机的P3.5(T1)引脚作为被测矩形波信号输入端，且单片机晶振FOSC=12MHZ，当第一个键被按下时，此时测的是频率，被测矩形波信号从P3.5进入单片机，同时启动定时器T0和计数器T1，T1是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，工作在计数状态下的T1的最大计数值为FOSC/24，由于FOSC=12MHz，则：T1的最大计数频率为500KHz，T0是工作在定时状态下，每定时1秒，就停止T1的计数，而从T1的计数单元中读取的计数值在进行数据处理后，送到数码显示管显示出来，因为T0工作在定时状态下的最大定时时间为65ms，达不到1秒的定时，所以采用50ms，共定时20次。
当第二个键被按下时，此时测的是周期；当被测矩形波信号输入到P3.5口为高电平时，启动T0对其计数测出为高电平时的一个计数值，记录计数值，当被测矩形波信号输入到P3.5口为低电平时，启动T0对其计数测出为低电平时的一个计数值，记录计数值。
两个计数值的和则为被测信号的周期；当第三个键被按下时，此时测的是脉宽，被测矩形波信号输入到P3.5后，测量电路在检测到脉冲的上升沿时打开定时器，在下降沿时关掉定时器，当P3.5由高电平变为低电平，定时器停止，读出定时器的值，这样通过对单片机自身的周期的计数，便得到了脉宽；当第四个键被按下时，此时测的是占空比，可直接用测量得到的脉宽U比上周期T，即H=U/T，便得到了占空比。
2 硬件系统的设计2.1 单片机AT89S52硬件系统的核心处理器，是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，这也使得其为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
单片机的引脚排列图如图2所示：图2 单片机引脚图2.2 晶振电路AT89S52内部含有一个振荡器，可以作为CPU的时钟源，也可以由外部振荡器输入时钟信号，作为CPU的时钟源。
高频率的时钟有利于程序更快的运行，也可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。
但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。
考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。
合适的频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，这里采用的便是晶振频率FOSC=12MHz。
晶振电路如图3所示：图3 晶振电路原理图2.3 按键电路单片机的P1口接按键，第一个键按键下，开始测量频率；第二个键按下开始测量周期；第三个键按下开始测量脉宽；第四个键按下开始测量占空比。
当没按下键时，端口输入为高电平，当按下键时，端口输入为低电平。
由于键盘按键数目较少，因此选用独立式键盘。
独立式键盘采用一键一线，各键相互独立，每个按键各接一条I/O口线，通过检测I/O输入线的电平状态，可以很容易地判断哪个按键被按下。
上拉电阻保证按键释放时，输入检测线上有稳定的高电平。
键盘电路如图4所示：图4 独立式键盘原理图2.4 复位电路复位电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。
复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，就可使单片机复位。
复位的主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键重新启动。
经复位电路的好坏直接影响单片机系统工作的可靠性，而单片机的复位电路共有上电复位、按键复位和脉冲复位3种，在本次设计中采用按键复位，按键复位则是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通来实现的。
复位电路的原理图如图5所示：图5 复位电路原理图2.5 显示电路首先介绍一下显示器的显示接口，按驱动方式分为静态显示和动态显示两种显示方式。
本课设采用数码管，也就是动态显示。
既逐个地循环地点亮各位显示器。
这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于人眼具有视觉残留效应，看起来与全部点亮效果一样。
为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供段的输入之外，还有对显示器选择位的控制，这就是通常说的段控和位控。
因此，多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于8条段控线，用P0口控制；另一个用于输出位控线，位控线的数目等于显示器的数目，用P2口控制。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
数码管显示电路如图6所示：图6 数码管显示电路2.6 下载电路下载口进行单片机与电脑的连接，并有下载电路产生电源提供给单片机工作。
主要是USB下载口（ISP）构成通过USB下载口把程序下载到单片机内部。
下载电路如图7所示：图7 下载电路2.7 电源电路用于接通+5V电源，给单片机供电。
电源电路如图8所示：图8 电源电路3 软件系统的设计3.1 软件系统各模块功能简要介绍系统的软件模块框图如图9所示：图9 系统软件模块框图各模块功能如下：（1）键功能模块：判断哪一键按下，然后去执行相应的程序。
（2）测频程序模块：测矩形波信号的频率。
测频周期模块：测矩形波信号的频率后，间接测其周期。
测脉宽模块：测矩形波信号的脉宽。
测占空比模块：测矩形波信号的脉宽后，间接测信号的占空比。
（3）显示模块1：显示P.。
显示模块2：显示测得的频率脉宽值。
显示模块3：显示测得的周期。
显示模块4：显示测得的脉宽值。
显示模块5：显示测得的占空比。
（4）延时模块：用于各位显示间的延时。
3.2 软件系统程序流程框图（1）主函数框图如图10所示：图10 主函数框图由图10可知，单片机上电显示P.。
按下第一个键开始测频率，测得的频率显示在数码管上；按下第二个键开始测量周期，测得的周期显示在数码管上；按下第三个键开始测脉宽，测得的脉宽显示在数码管上；按下第四个键开始测占空比，测得的占空比显示在数码管上。
图11 频率测量子程序框图图12 周期测量子程序框图由图11可知，频率测量子程序先将定时器初始化，定时器0定时50ms,循环20次，总共1s 。
记录1s 内产生的脉冲个数得到频率值，再将二进制频率转化为十进制，最后在数码管上显示出来。
由图12可知，周期测量子程序先将定时计数器初始化，当信号正跳变时，开启定时器0，当信号再次正跳变时，关闭定时器0。
再将测得的二进制周期转化为十进制通过数码管显示出来。
图13 脉宽测量子程序框图图14 占空比子程序框图由图13可知，脉宽测量子程序先将定时计数器初始化，当检测到信号正跳变时，开启定时器，当信号变为低电平时，关闭定时器。
测量的周期化为十进制通过数码管显示出来。
由图14可知，占空比测量子程序先将脉宽测出来，在测周期，再将脉宽除以周期得到占空比。
最后通过数码管显示出来。
4 调试与分析4.1 使用说明不按键时，上点显示P.。
按下第一个按键可测得被测信号的频率。
按下第二个按键可测得被测信号的周期。