数字频率计课程设计

目录

1数字频率计的基本原理————————————————————2 2．1数字频率计的设计————————————————————3

2.1.1 电源电路————————————————————3

2.1.2 放大整形电路——————————————————3

2.1.3 时钟电路————————————————————4

2.1.4 分频器电路———————————————————5

2.1.5 同步检测电路——————————————————6

2.1.6 计数测量电路——————————————————7

2.1.7 锁存电路————————————————————8

2.1.8 显示电路————————————————————9

2.1.9 自动换挡电路——————————————————10

2.1.10 量程显示电路—————————————————11

2.1.11 阀门时间产生电路———————————————12

2.1.12 清零电路———————————————————12

2.2 芯片功能介绍—————————————————————14

2.2.1 74LS138引脚图如图2.2.1————————————14

2.2.2 74LS138引脚图如图2.2.2——————————————15

2.2.3 74LS390引脚图如图2.2.3————————————16

2.2.4 74LS273引脚图如图2.2.4————————————17

3 总结——————————————————————————18 参考文献——————————————————————————19 元件清单——————————————————————————20

1数字频率计测频率的基本原理

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

据此，设计方案框图如图1.1。

图1.1设计框图

被测信号Vx经整形电路变成计数器所要求的矩形脉冲信号，其频率与被测信号的频率Fx相同。时钟电路提供标准时间基准信号，基准时钟经分频器后输出频率分别有1Hz，0.1Hz，0.01Hz，0.001Hz，0.0001Hz的阀门信号，计数器在一个阀门信号周期内对被测信号计数，直到1周期阀门信号结束时，停止计数，同时产生锁存信号，启动延时信号。锁存信号使计数器的值在数码管上显示。当延时结束后清除计时器和分频器开始下一次测量。在计数过程中若闸门时间未到计数器计就产生溢出信号，说明被测频率信号高，这是要启动自动换挡功能，设置更小的阀门时间。

2 数字频率计的设计

2.1.1 电源电路

220V交流电通过变压器降为12V，后经过整流桥后变为脉动直流电，经过7805稳压块后变为标志5V直流电。电路如图2.1.1

图2.1.1电源电路

2.1.2 放大整形电路

放大整形电路由运算放大器LM358与施密特触发器74LS14等组成。其中LM358组成放大器，当输入信号很小时将其进行放大。开关可以用来选择是否放大。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。电路如图2.1.2。

图2.2.2整形电路

2.1.3 时钟电路

时钟信号是控制计数器计数的标准时间信号，其精度很大程度上决定了频率计的频率测量精度。当要求频率测量精度较高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。电路应用74LS04与晶振产生10MHz的时钟信号，其输出频率稳定性很高。电路如图2.1.3

图2.1.3时钟电路

2.1.4 分频器电路

首先时基信号的频率一定要足够小，也就是时间一定要足够长，进入的脉冲波才足够多，从而减少误差。应用2个74LS390十进制计数器对10M的时钟信号进行100分频得到100KHz时钟。再用2个74LS390分别对10KHz时钟进行10，100，1000，10000分频得到1000Hz， 100Hz，10Hz，1Hz的时钟信号。电路如图2.2.4。

图2.1.4分频电路

2.1.5 同步检测电路

被测信号整形后，通过反相器连接到D触发器CLK引脚当被测信号出现下跳沿时，D触发器输出高电平，这时与非门开启，分频器开始工作。据此可以达到同步的目的。电路如图2.1.5。

图2.1.5同步检测电路

2.1.6 计数测量电路

计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，当检测到被测信号的下降沿时，阀门打开，用74LS390构成的十进制计数器开始对被测信号进行计数。当阀门时间到后计数器停止计数。电路如图2.1.6。

图2.1.6计数测量电路

2.1.7 锁存电路

计数器的结果进入锁存器锁存：当阀门时间到时U1974LS74 ~Q端输出高电平，在其上升沿产生锁存信号使74LS273锁存。电路如图2.1.7。

图2.1.7锁存电路

2.1.8 显示电路

电路通过4个7段数码管显示被测信号的频率，当74LS273锁存后，把数据送到74LS48进行译码。74LS48译码后输出对应的高低电平使数码管显示不同的值。从而达到显示。电路如图2.1.8。

图2.1.8显示电路

2.1.9 自动换挡电路

当被测信号的频率太高时，计数器在一秒内对被测信号计数时会产生溢出，因此电路要根据不同的信号设定不同的阀门时间。本电路通过检测计数器是否溢出判断。第一次测量时阀门时间是一秒，当计数器溢出一次时U3 74LS390加一，U3构成5进制计数器，输出接74LS151 A ，B，C三端。当计数器值为零时151选择D0即阀门时间为1秒，当计数器加一后，151选择D1即阀门时间为0.1秒。当计数器值为4时，151选择D3即阀门时间为