数字频率计的基本原理
数字频率计的测量原理
量化误差示意图
计数闸门开启时间不刚好 是被测信号周期的整数倍造 成的量化误差。在时间 T 内 脉冲个数为7.5,测出数可能 为6。
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计数开始不刚好是第一个脉 冲到达时刻,造成的量化误差。 在时间 T 内,被测脉冲个数为 7,测出数可能为5。
三、计数器的测量误差 1. 秒信号时间不准造成的误差:
由于电子数字频率计是把规定的一秒钟内所计的信 号个数作为频率,如果秒信号本身不准确,必然造成 计数误差。
2.触发误差:
由于干扰造成计数器的误触发所产生的误差。
3.量化误差:
计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整数倍, 而且脉冲到达时刻不刚好是闸门开启时刻,因此在相 同的开启时间内,可能会有正负一个数的误差。
一硬件计数频率计硬件计数频率计其结构如下图所示被测信号通过整形转换为与被测信号频率相同的脉冲然后对脉冲进行计数也就是把频率测量转换为脉冲个数的测量
数字频率计的测量原理
一、硬件计数频率计
硬件计数频率计其结构如下图所示,被测信号通过 整形,转换为与被测信号频率相同的脉冲,然后对脉冲 进行计数,也就是把频率测量转换为脉冲个数的测量。 计数器可选用专用的集成电路,外围再配上显示器、放 大整形以及电源电路即可组成频率计。
二、软件计数频率计 1.软件计数频率计的结构
软件计数是指用单片机软件进行计数而构成的频率计, 它由单片机,以及外围配置的显示器件、放大整形、电源 等电路组成。
Байду номын сангаас
2.软件计数频率计的工作原理 整形放大:将任意波形的被测信号,转换为 前沿陡峭的脉冲,以利计数。 计数:由单片机内部的计数单元完成,每当 被测信号从低到高变化时,将计数器加 1,并 由内部时钟计时,每一秒所计的变化次数,就 等于被测信号的频率。 数码转换与显示:读出的频率值由软件将它 转换为七段码,送LED数码管显示。
数字频率计
数字频率计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,它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号的频率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。
一、设计目的掌握数字频率计的设计二、设计内容技术要求:测量频率范围 0-9999 Hz和1Hz-100 KHz。
测量信号方波峰--峰值为3-5V(与TTL兼容)。
闸门时间 10ms,0.1s,1s和10s,脉冲波峰—峰值为3-5V。
三、数字频率计的基本原理数字频率计的原理框图如图所示:它由4个基本单元组成:1.带衰减器的放大整形系统包括从被测信号到衰减放大整形系统此部分。
其中衰减放大整形系统包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发器。
它将正弦波输入信号Vx整形成同频率方波Vo,测试信号通过衰减开关选择输入衰减倍数,衰减器有分压器构成幅值过大的被测信号经过分压器的分压送入后级放大器,以避免波形失真。
由运算放大器构成的射极跟随器起阻抗变换作用,使输入阻抗提高。
系统的整形电路由施密特触发器组成,整形后的方波送到闸门以便计数。
2.石英晶体振荡器及多级分频系统石英晶体振荡器如图振荡频率为4MHz,经过÷4(用74LS47芯片),÷10(用74LS90芯片)等分频器的分频作用,使输出频率的周期范围1us~10s。
根据被测信号的频率大小,通过闸门时基选择开关选择时基。
时基信号经过门控电路得到方波,其正脉宽时间T控制闸门的开放时间。
3.闸门电路闸门电路由与门组成,其开通与否受门控信号的控制,当门控信号为高电平“1”时,闸门开启,为“0”时,闸门关闭。
显然,只有在闸门开启时间内,其产生的脉冲信号送到计数器,计数器开始计数,直到门控信号结束,闸门关闭4.可控制的计数锁存、译码显示系统本系统由计数器、锁存器、译码器、显示器、单稳态触发器组成。
其中计数器按十进制计数。
如果在系统中不接锁存器,则显示器上的数字就会随计数器的状态不停地变化,只有在计数器停止计数时,显示器上的显示数字才能稳定,所以,在计数器后边必须接锁存器。
频率计的原理及应用
频率计的原理及应用1. 频率计的基本原理频率计是一种用于测量信号频率的仪器。
它的工作原理基于信号周期的计数。
频率计可以分为模拟频率计和数字频率计两种类型。
1.1 模拟频率计模拟频率计使用模拟电路来测量信号的频率。
它通过将输入信号转换为频率相关的模拟电压或电流,并使用自动刻度电路对信号进行测量。
模拟频率计的精度受限于模拟电路的性能和环境因素。
1.2 数字频率计数字频率计使用数字技术来测量信号的频率。
它将输入信号转换为数字形式,并使用计数器和计时器对信号进行计数和测量。
数字频率计具有更高的精度和稳定性,并能够提供更多的功能和数据处理能力。
2. 频率计的应用领域频率计在各个领域中具有广泛的应用,以下列举了几个常见的应用领域:2.1 通信领域频率计在无线通信中起着重要的作用。
它可以用来测量无线电信号的频率,并帮助调节和优化通信系统的性能。
频率计可以用于调整无线电设备的发射频率,以保证信号的稳定性和传输质量。
2.2 电子领域在电子设备的设计和开发过程中,频率计是一个必备的工具。
它能够帮助工程师测量和分析电路中信号的频率,并进行精确的频率控制和调试。
频率计在频率合成器、振荡器、滤波器等电路的设计和测试中发挥着重要作用。
2.3 运动测量领域在运动测量领域,频率计用于测量旋转物体的转速或周期。
例如,频率计可以用于测量发动机的转速、风扇的转速、电机的转速等。
频率计通过测量转速的频率来计算物体的运动速度和加速度,为运动控制和监测提供准确的数据。
2.4 实验室研究领域频率计在科学实验室中也被广泛应用。
它可以用于测量和研究不同物理量的频率变化,如光的频率、声音的频率、电磁波的频率等。
频率计在物理、化学、生物等科学领域的研究中起到了关键的作用,提供了实验数据的准确性和可靠性。
3. 使用频率计的注意事项在使用频率计时,需要注意以下几点:3.1 符合工作范围使用频率计时,需要确保所测量信号的频率在频率计的工作范围内。
如果信号频率超出了频率计的测量范围,可能会导致测量结果不准确或无法测量。
频率计的基本原理及应用
频率计的基本原理及应用频率计是一种可以测量并显示信号频率的仪器,广泛应用于各种行业中。
它的基本原理是通过对信号进行计数和计时并在计算机内进行处理,从而得出信号的频率。
频率计的工作原理频率计的工作原理分为两个方面:一个是信号的计数,另一个是对计时的处理。
在信号计数部分,频率计将输入信号转换为方波,然后将方波输入到一个计数器中,计数器对方波的每一周期进行计数,从而得到信号的频率。
在计时的处理部分,频率计将每个周期的时间戳存储在寄存器中,并按照一定的算法对时间戳进行处理,从而得出信号的频率。
频率计的精度和稳定性与计时部分的精度和稳定性有关。
一般情况下,计时部分采用定时器或计数器,计时精度达到微秒级别。
频率计的基本应用频率计广泛用于各种行业中,在电子、通信、机械、化工等领域都有重要的应用。
下面分别介绍一些主要的应用。
在电子领域中的应用频率计在电子领域中主要应用于信号测试、信号分析和频率合成中。
例如,测试电子设备的工作频率、分析信号的频谱分布、合成一定频率的信号等。
在通信领域中的应用频率计在通信领域中主要应用于信号收发和频率的稳定性测试。
例如,测试无线电设备的工作频率、测量电话信号的频率、测试卫星信号的频率等。
在机械领域中的应用频率计在机械领域中主要用于转速的测量和控制。
例如,测试轴承的转速、测试风扇的转速、测试电机的转速等。
在化工领域中的应用频率计在化工领域中主要用于流量的测量和控制。
例如,测试流量计的频率输出、控制泵的流量、测试管道内网站的流量等。
频率计的优缺点频率计的优点很明显,首先,它的精度高、稳定性好,可以满足各种场合的测量需求;其次,频率计采用数字技术,易于自动化和集成,提高了工作的效率和可靠性。
然而,频率计的缺点也十分明显,它的测量范围和最大测量频率有限,一般在数百兆赫兹以内,无法测量高频和微弱信号;此外,频率计受到环境温度和电源噪声等因素的影响,影响其稳定性和准确性。
结语总体来说,频率计是一种非常重要的测量仪器,在各种行业中都有重要的应用。
1数字频率计原理
1数字频率计原理数字频率计的基本原理频率计是对信号的频率进行测量并显示测量结果。
对频率的测量有多种方式,采用数字计数的方法进行测量,数字计数测量精度较高,且性能比较稳定,容易实现。
一、测量原理频率为单位时间内信号的周期数。
对脉冲信号而言,其频率为一秒钟内的脉冲个数;计数器在一秒钟内对脉冲信号进行计数,计数的结果就是该信号的频率。
只要计数结果以十进制方式显示出来,就是最简单的频率计。
如图2.1.1所示,被测脉冲信号为X,在T1时刻出现一个脉冲宽度为一秒的闸门脉冲信号P,用闸门脉冲P取出一秒时间内的输入脉冲信号X 形成计数脉冲Y,计数器对计数脉冲信号Y进行计数;计数的结果(频率值)在T2时刻被锁存信号S控制,锁存到寄存器,并通过译码器、显示器把并率显示出来。
在T3时刻计数器被清除信号R清零,准备下一次的计数,一次测量结束。
1图2.1.1 频率器的测量原理显示数值在T2时刻更换,S脉冲信号的周期为显示时间,其大小反映显示值的变化快慢。
显示时间Tx为:Tx=T3-T2+(0~2)(秒)可见,改变T3-T2的值可调节显示时间,通常T3是通过T2的延时而得,通过调节延时时间来调节显示时间。
二、方案框图频率计的框图如图2.1.2,由六部分组成,以计数器为核心,各部分的功能如下:2图2.1.2 频率计总体框图1、计数器:在规定的时间内完成对被测脉冲信号的计数。
由输入电路提供计数脉冲输入,对脉冲进行计数(在规定的测量频率范围内计数无益出)。
计数结果一般为十进制,并将计数结果输出送往寄存器,再由控制电路提供的清除信号R清零。
等待下一次计数的开始。
该部分主要考虑计数器的工作频率和计数容量问题。
2、锁存器:暂存每次测量的计数值。
为显示电路提供显示数据。
锁存器由控制电路提供的琐存信号S控制更换数值。
以正确地显示每一次的测量结果。
3、译码显示电路:对锁存器的输出数据译码,变为七段数码显示码,并驱动数码显示器显示出十进制的测量结果。
简易数字频率计的设计说明
《电子技术》课程设计报告题目简易数字频率计的设计学院(部)电子与控制工程学院专业电气工程及其自动化班级3204080123学生楠学号**********06月12日至06月22日共周指导教师(签字)前言在电子测量技术中,频率是一个最基本的参量,对适应晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量,广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域。
因此,数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
那么频率应该如何测量呢?根据频率的的定义我们可以知道,在一个标准一秒的时间被测信号的脉冲个数就是它的频率,我们只要测出它的大小,就可以测出信号的频率了。
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。
而在设计中,我们常用学习软件multisim 来仿真设计,通过严格的测试后,能够较准确地测量方波、正弦波等各种常用的信号的频率。
在此次设计中我们经过网上搜索,查阅图书阅览室的有关书籍等途径,搜集了大量的资料。
经过我们对资料的分析整理,以及细心地设计,最终成功设计出了一台简易数字频率计,在我们付出了汗水之后总算是尝到了成功的甘甜。
我们的设计可能不是很完美,但是我们尽力去做了,如果有什么意见或建议,希望能多提出一些,我们会努力做到最好的。
目录摘要及设计要求 1 第一章系统概述21.1数字频率计的基本原理21.2数字频率计设计的系统框图1.3系统各部分功能论述1.3.1电源波形整形电路1.3.2分频器1.3.3待测信号放大、波形整形电路1.3.4控制门1.3.5计数器1.3.6超量程报警器1.3.7锁存器1.3.8显示译码器与数码管第二章单元电路的设计与分析第三章系统综述,总体电路图3.1 数字频率计设计原理图3.2电路的检测方法与步骤第四章总结参考文献元件明细表附图鸣收获与体会,存在的问题简易数字频率计的设计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。
数字频率计测频率与测周期的基本原理
了解数字频率计测频率与测周期的基本原理;熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。
[重点与难点]重点:数字频率计的组成框图和波形图。
难点:时基电路和逻辑控制电路。
[理论内容]一、数字频率计测频率的基本原理所谓频率,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 (1)二、数字频率计的主要技术指标1、频率准确度2、频率测量范围在输入电压符合规定要求值时,能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围。
频率测量范围主要由放大整形电路的频率响应决定。
3、数字显示位数频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率。
位数越多,分辨率越高。
4、测量时间频率计完成一次测量所需要的时间,包括准备、计数、锁存和复位时间。
三、数字频率计的电路设计与调试1.基本电路设计数字频率计的基本框图如图2所示,各部分作用如下。
①放大整形电路放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成。
其中3DGl00组成放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。
与非门74LS00构成施密特触发器,它对放大器的输出信号进行整形,使之成为矩形脉冲。
实验五数字频率计实验目的1. 了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理;2. 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。
实验任务用中小规模集成电路设计一台简易的数字频率计,频率显示为四位,显示量程为四挡, 用数码管显示。
1HZ—9.999KHZ ,闸门时间为1S ;10HZ—99.99KHZ, 闸门时间为0.1S ;100HZ—999.9KHZ, 闸门时间为10MS ;1KHZ—9999KHZ, 闸门时间为1MS ;实验五数字频率计实验原理1. 方案设计原理框图见图1:原理简述所谓频率,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f=N/T 原理框图中,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。
数字频率计的基本原理
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2.输入信号波形:任意周期信号。
输入电压幅度 >300mV 。
3.电源: 220V 、 50Hz4. 系统框图从数字频率计的基本原理出发,根据设计要求,得到如图1所示的电路框图。
图1 数字频率计框图下面介绍框图中各部分的功能及实现方法(1)电源与整流稳压电路框图中的电源采用50Hz的交流市电。
市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。
系统对电源的要求不高,可以采用串联式稳压电源电路来实现。
(2)全波整流与波形整形电路本频率计采用市电频率作为标准频率,以获得稳定的基准时间。
按国家标准,市电的频率漂移不能超过0.5Hz,即在1%的范围内。
用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。
全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流,得到如图2(a)所示100Hz的全波整流波形。
波形整形电路对100Hz信号进行整形,使之成为如图2(b)所示100Hz的矩形波。
波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波,也可采用施密特触发器进行整形。
图2 全波整流与波形整形电路的输出波形(3)分频器分频器的作用是为了获得1S的标准时间。
电路首先对图2所示的100Hz信号进行100分频得到如图3(a)所示周期为1S的脉冲信号。
然后再进行二分频得到如图3(b)所示占空比为50%脉冲宽度为1S的方波信号,由此获得测量频率的基准时间。
利用此信号去打开与关闭控制门,可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。
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
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。
数字频率计的组成及工作原理
数字频率计的组成及工作原理数字频率计是用来测量频率与周期,并进行计数、测时的重要仪器,现已在许多领域得到广泛应用,本文主要讨论一下数字频率计的硬件组成及工作原理。
在单位时间内,周期性信号变化的次数称之为频率,举个例子来说明:若在一定时间间隔t内测得这个周期性信号重复变化的次数为n,则其频率可表示为:f=n/t.数字频率计是由放大整形电路、时基电路、闸门电路、逻辑控制电路、分频器电路、数据选择电路、进位采集电路、计数器电路、锁存译码电路、显示电路组成。
数字频率计的工作原理是被测信号经过放大整形电路的处理输出计数器能够接受的脉冲信号格式,频率和被测信号的一样。
放大整形电路的作用是,当某些输入信号的电压较小时,使用放大电路对输入的周期信号(正弦波、三角波)进行放大,使得这些输入的信号更容易测量。
时基电路是用来产生一个标准的时间信号,这个标准的时间信号是控制计数器的计数标准时间,其精度在很大程度上决定了频率计的测量精度。
例如:时基电路提供标准时间信号T,其高电平持续时间为1s。
当1s信号到来时,闸门打开,被测脉冲信号通过闸门时计数器启动计数,1s信号结束时闸门关闭,计数器结束计数,同时保持原有的状态不变。
如果在闸门时间1s内计数器记录得的脉冲个数为N,则被测信号频率=NHz。
逻辑控制电路的作用有二方面:(1)产生锁存脉冲,使显示器上的数字稳定显示;(2)产生清零脉冲,使计数器每次的测量从0开始计数。
厂家:189********QQ:2563113967闸门电路用来控制计数时间,由一个与非门构成。
与非门的一端由时基电路提供的秒脉冲输入,另一端由待测信号整形后输入。
电路的工作原理为:时基电路提供的秒脉冲作为门控信号,当门控信号为高电平时,闸门开通,整形后的脉冲信号经过闸门进入分频电路;当门控信号为低电平时,闸门关闭,禁止脉冲信号通过。
锁存译码电路由锁存器和译码器构成。
这一部分最重要的工作原理是只有当计数器闸门信号由高电平变低电平也就是停止计数后,才将计数值锁存并输出译码显示,锁存信号由逻辑控制电路提供。
数字式频率计的工作原理
数字式频率计的工作原理
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数字式频率计的工作原理
数字式频率计的原理框图如下图所示,频率为的被测信号由脉冲形成电路转变成幅度恒定的矩形窄脉冲(其重复频率等于被测频率),然后加到闸门(这里是与门)的输入端A,在闸门的另一输入端B 加上时间宽度为T的门控信号来控制闸门的开、闭时间。
由逻辑门电路的功能可知,只有在时间T内被测信号才能通过闸门,送到脉冲计数器进行计数。
设在时间T内计数器累计的脉冲数为N,则频率为:。
通常把T选为1 ms,10 ms,0.1 s,l s,10 s等。
当T=1 s时,若计数N=100000,则=100000 Hz,显示100.000 kHz;若T=0.1 s,则计数值必减少为N= 10000,则显示100.00 kHz。
测量误差:
2.数字式频率计的测周期原理
当用测频法测量低频信号时,测量的相对误差会明显上升。
为了提高测量低频时的准确度,减少测量误差,可改测周期,然后计算。
测周法的原理框图如下图所示,电路基本相同,只是把标准信号
与被测信号互换了位置。
这样在每一内,计数器计得的脉冲数为,若=10ms,,则从计数显示器计得脉冲数为l0000个,如以ms为单位,则从计数器显示器上可读得100000ms。
显然,愈大(即被测频率愈低),计数器所计脉冲数越多,测量误差越小。
频率计资料
频率计频率计是一种用于测量信号频率的仪器,广泛应用于各种领域,包括电子、通信、电力等。
频率计的原理是利用输入信号的周期或脉冲数来计算其频率,从而实现频率测量。
本文将介绍频率计的工作原理、分类、应用及未来发展方向。
工作原理频率计主要通过计算输入信号的周期或脉冲数来确定其频率。
一般来说,频率计可以分为两种类型:数字频率计和模拟频率计。
数字频率计通过将输入信号转换为数字形式,并利用计数器来计算周期或脉冲数。
随着技术的进步,数字频率计在精度和稳定性方面有了显著提高,逐渐成为主流。
模拟频率计则通过比较输入信号与参考信号,利用锁相环等电路来测量频率。
尽管模拟频率计在某些特定应用中仍具有优势,但受限于精度和稳定性较差,逐渐被数字频率计所替代。
分类根据测量范围和精度的不同,频率计可以分为基本频率计和精密频率计。
基本频率计通常用于测量工程中的常用频率范围,如电力系统中的50Hz/60Hz,通信系统中的几百kHz至几GHz等。
这类频率计具有成本低、易操作等特点,适用于大多数应用场景。
精密频率计则用于对频率要求更高的领域,如科学研究、航空航天等。
这类频率计具有更高的精度、稳定性和抗干扰能力,在特定场合中得到广泛应用。
应用频率计作为一种关键的测量仪器,在各个行业都有着重要的应用。
在电力系统中,频率计用于监测电网频率的稳定性,保障电网运行的安全可靠。
在通信系统中,频率计用于测量无线信号的频率,确保通信系统正常工作。
在科学研究中,频率计用于实验室中各种信号的频率测量,为科学家们提供准确的数据支持。
未来发展随着科学技术的不断进步,频率计也在不断发展和完善。
未来,随着5G技术的广泛推广,对高频率、高精度频率计的需求将进一步增加,频率计将朝着更加智能、精准、高效的方向发展。
另外,随着人工智能技术的不断成熟,频率计的自动化、智能化程度也将得到提升,从而进一步提高频率测量的精度和效率。
总的来说,频率计作为一种重要的测量仪器,将在未来的科技发展中继续发挥重要作用,并不断适应各种新的应用场景,为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利和效益。
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。
数字频率计的原理
process(clk0)
begin
if (clk0 'event and clk0='1')then
if a=9999999 then
a<=0;
else a<=a+1;
end if;
case a is when 0 to 4999999=>cp<='1';
if a=49 then
a<=0;
else a<=a+1;
end if;
case a is when 0 to 24=>cp<='1';
when 25 to 49=>cp<='0';
end case;
end if;
数字频率计原理
clr<='1' ;
when 0=>en<='1';
load<='0';
clr<='0';
end case;
end if;
end latch;
architecture Behavioral of latch is
signal q_tmp: std_logic_vector (23 downto 0);
begin
process (oe,g)
begin
if oe='0' then
if g'event and g='1' then
else q_tmp<=q_tmp+1;
频率计的基本原理及应用
频率计的基本原理及应用频率计是一种用于测量信号频率的电子设备,它可以将传统的时间计量单位转换为频率计量单位,例如赫兹(Hz)或千赫兹(kHz)。
频率计被广泛应用于各种不同的领域,例如通讯工程、电力系统、航空航天等领域。
本文将介绍频率计的基本原理及应用。
原理频率计的基本原理是将输入信号转换为可计数的数字脉冲,然后计算数字脉冲的频率以获得所需的频率测量。
频率计中包含的两种主要技术是计数器和时间基准。
计数器是频率计中用于记录和计数输入信号周期数的电路。
计数器通常包含一个可编程门电路,它允许用户设置所需的计数器复位周期。
通过将计数器与时间基准相结合,可以将输入信号转换为数字脉冲序列,从而实现频率测量。
时间基准是用于提供精确时钟信号的电路。
在频率计中,时钟信号通常由一个晶体振荡器提供。
由于晶体的稳定性非常高,因此可以提供非常稳定且可靠的时间基准信号,这对于频率计非常重要。
应用频率计在工程和科学领域有很多应用,以下列举几个常见的应用场景。
通信工程在通信工程中,频率计被用于进行非常精确的频率测量。
例如,在无线电通信中,频率计可用于测量收发机的输出频率,以确保通信信号的准确性和稳定性。
电力系统在电力系统中,频率计被用于监测和控制电力系统的频率。
电力系统中的发电机会以稳定的频率运转,如果频率过高或过低,将会影响电力系统的运行稳定性。
因此,频率计可用于实时监测电力系统频率的变化,以确保电力系统的可靠性。
航空航天在航空航天领域中,频率计被广泛应用于导航和通信系统中。
飞行器定位系统和导航系统需要非常精确的频率测量,以确保它们能够准确地确定位置和航向。
频率计也可用于测量通信系统中的频率,以确保通信信号的准确性和稳定性。
结论频率计是一种重要的电子设备,它能够实现对信号的精确测量。
计数器和时间基准是频率计中的两个主要技术,通过它们可以将信号转换为可计数的数字脉冲序列。
频率计在各种领域中都有着广泛的应用,例如通信工程、电力系统和航空航天等领域。
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数字频率计的基本原理设计并制作出一种数字频率计,其技术指标如下: 1. 频率测量范围:10 〜9999HZ 。
2. 输入信号波形:任意周期信号。
输入电压幅度>300mV 。
3. 电源:220V 、50Hz4. 系统框图从数字频率计的基本原理出发,根据设计要求,得到如图1所示的电路框图。
下面介绍框图中各部分的功能及实现方法 (1) 电源与整流稳压电路框图中的电源采用 50Hz 的交流市电。
市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流 电源。
系统对电源的要求不高,可以采用串联式稳压电源电路来实现。
(2) 全波整流与波形整形电路 本频率计采用市电频率作为标准频率, 以获得稳定的基准时间。
按国家标准,市电的频率漂移不能超过0∙5Hz ,即在1 %的范围内。
用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统 的要求。
全波整流电路首先对50Hz 交流市电进行全波整流,得到如图 2 (a)所示100Hz 的 全波整流波形。
波形整形电路对100Hz 信号进行整形,使之成为如图 2(b) 所示100Hz 的矩形波。
波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波, 也可采用施密特触发器进行整形。
图1数字频率计框图彼测信号图2全波整流与波形整形电路的输出波形(3)分频器分频器的作用是为了获得 1S的标准时间。
电路首先对图2所示的IOOHz信号进行100分频得到如图3( a)所示周期为1S的脉冲信号。
然后再进行二分频得到如图3( b)所示占空比为50%脉冲宽度为1S的方波信号,由此获得测量频率的基准时间。
利用此信号去打开与关闭控制门,可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。
图3 分频器的输出波形分频器可以采用教材中介绍过的方法,由计数器通过计数获得。
二分频可以采用触发器来实现。
(4)信号放大、波形整形电路为了能测量不同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。
信号放大与波形整形电路的作用即在于此。
信号放大可以采用一般的运算放大电路,波形整形可以采用施密特触发器。
(5)控制门控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。
它的一个输入端接标准秒信号,一个输入端接被测脉冲。
控制门可以用与门或或门来实现。
当采用与门时,秒信号为正时进行计数,当采用或门时,秒信号为负时进行计数。
(6)计数器计数器的作用是对输入脉冲计数。
根据设计要求,最高测量频率为9999Hz,应采用4位十进制计数器。
可以选用现成的10进制集成计数器。
(7)锁存器在确定的时间(1S)内计数器的计数结果 (被测信号频率)必须经锁定后才能获得稳定的显示值。
锁存器的作用是通过触发脉冲控制,将测得的数据寄存起来,送显示译码器。
锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器,为使数据稳定,最好采用边沿触发方式的器件。
(8)显示译码器与数码管显示译码器的作用是把用 BCD码表示的10进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号,以获得数字显示。
选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。
5. 实际参考电路根据系统框图,设计出的电路如图4所示。
2图4数字频率计电路图图中,稳压电源采用 7805来实现,电路简单可靠,电源的稳定度与波纹系数均能达到 要求。
对100Hz 全波整流输出信号的分频采用7位二进制计数器 74HC4024组成100进制计数器来实现。
计数脉冲下降沿有效。
在74HC4024的QZ Q6 Q3端通过与门加入反馈清零信号, 当计数器输出为二进制数 1100100 (十进制数为100)时,计数器异步清零。
实现 100进制计数。
为了获得稳定的分频输出, 清零信号与输入脉冲“与”后再清零, 使分频输出脉冲在计数脉冲为低电平时保持一段时间(10mS 为高电平。
电路中采用双JK 触发器74HC109中的一个触发器组成触发器,它将分频输出脉冲整A AB EC CD DE ErF K GLEQQ⅛D g CDT ttKVCCWB>CLK4^13>CTL K Or X 4J1812T TIeIJ T 41312ITIC1413 πIT ICα)m □cH □tm 6盘建EH g:KTlBEl 归1M4 >11]D3C T 但匚121ICIJia&UJA fc1213 1*IeIJAECDEF & A^CDLIKLEg □Q □Got □cd B疋LRENUSBMHC1】丄1#AECDE11 10TZL2形为脉宽为1S、周期为2S的方波。
从触发器 Q端输出的信号加至控制门,确保计数器只在1S的时间内计数。
从触发器Q端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。
被测信号通过741组成的运算放大器放大 20倍后送施密特触发器整形,得到能被计数器有效识别的矩形波输出,通过由74HC11组成的控制门送计数器计数。
为了防止输入信号太强损坏集成运放,可以在运放的输入端并接两个保护二极管。
频率计数器由两块双十进制计数器74HC4518组成,最大计数值为 9999HZ。
由于计数器受控制门控制,每次计数只在JK触发器Q端为高电平时进行。
当JK触发器Q端跳变至低电平时,Q 端的由低电平向高电平跳变,此时,8D锁存器74HC374(上升沿有效)将计数器的输出数据锁存起来送显示译码器。
计数结果被锁存以后,即可对计数器清零。
由于74HC4518为异步高电平清零,所以将JK触发器的Q同100Hz脉冲信号“与”后的输出信号作为计数器的清零脉冲。
由此保证清零是在数据被有效锁存一段时间(IOmS以后再进行。
显示译码器采用与共阴数码管匹配的CMoSfe路74HC4511, 4个数码管采用共阴方式,以显示4位频率数字,满足测量最高频率为9999HZ的要求。
2 •方法与步骤1)器件检测用数字集成电路检测仪对所要用的IC进行检测,以确定每个器件完好。
如有兴趣,也可对LED数码管进行检测,检测方法由自己确定。
2)电路连接在自制电路板上将IC插座及各种器件焊接好;装配时,先焊接IC等小器件,最后固定并焊接变压器等大器件。
电路连接完毕后,先不插IC。
3)电源测试将与变压器连接的电源插头插入220V电源,用万用表检测稳压电源的输出电压。
输出电压的正常值应为+ 5V。
如果输出电压不对,应仔细检查相关电路,消除故障。
稳压电源输出正常后,接着用示波器检测产生基准时间的全波整流电路输出波形。
正常情况应观测到如图2(a)所示波形。
4)基准时间检测关闭电源后,插上全部 IC。
依次用示波器检测由 U1(74HC4024)与U3A组成的基准时间计数器与由U2A组成的触发器的输出波形,并与图3所示波形对照。
如无输出波形或波形形状不对,则应对 U1、U3 U2各引脚的电平或信号波形进行检测,消除故障。
5)输入检测信号从被测信号输入端输入幅值在 1V左右频率为1KHz左右的正弦信号,如果电路正常,数码管可以显示被测信号的频率。
如果数码管没有显示,或显示值明显偏离输入信号频率,则作进一步检测。
6)输入放大与整形电路检测用示波器观测整形电路 U1A(74HC14)的输出波形,正常情况下,可以观测到与输入频率一致、信号幅值为 5V左右的矩形波。
如观测不到输出波形,或观测到的波形形状与幅值不对,则应检测这一部分电路,消除故障。
如该部分电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测控制门。
7)控制门检测检测控制门U3C(74HC11输出信号波形,正常时,每间隔1S时间,可以在荧屏上观测到被测信号的矩形波。
如观测不到波形,则应检测控制门的两个输入端的信号是否正常,并通过进一步的检测找到故障电路,消除故障。
如电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测计数器电路。
8) 计数器电路的检测依次检测4个计数器74HC4518时钟端的输入波形,正常时,相邻计数器时钟端的波形频率依次相差 10 倍。
如频率关系不一致或波形不正常,则应对计数器和反馈门的各引脚电平与波形进行检测。
正常情况各电平值或波形应与电路中给出的状态一致。
通过检测与分析找出原因,消除故障。
如电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测锁存器电路。
9) 锁存电路的检测依次检测74HC374锁存器各引脚的电平与波形。
正常情况各电平值应与电路中给出的状态一致。
其中,第11脚的电平每隔1S钟跳变一次。
如不正常,则应检查电路,消除故障。
如电路正常,或消除故障后频率计仍不能正常工作,则检测锁存器电路。
10) 显示译码电路与数码管显示电路的检测检测显示译码器74HC4511各控制端与电源端引脚的电平,同时检测数码管各段对应引脚的电平及公共端的电平。
通过检测与分析找出故障。