简易数字频率计电路设计1
EDA简易数字频率计设计
EDA简易数字频率计设计摘要EDA（Electronic Design Automation）是电子设计自动化的缩写，是现代电子工业领域中的一种重要工具。
EDA工具可以帮助工程师完成电路设计、仿真、验证和布局等工作，从而提高设计效率和精度。
本文将介绍如何通过EDA工具设计一个简单的数字频率计。
设计原理数字频率计是一种可以实时测量电信号频率的仪器。
其工作原理是利用计数模型，通过计算信号周期数与时间，间隔测算信号频率。
本文设计的数字频率计采用2种常见的计数模型：频率分频计数和门限计数。
频率分频计数频率分频计数法是利用可编程可除模块，将输入的高频脉冲信号分频后，通过计数器来计算脉冲个数，最终计算出信号的频率。
其计数原理如下图所示：图1：频率分频计数法图1：频率分频计数法其中，n为分频系数，f为输入信号频率。
门限计数门限计数法是将输入信号经过比较门限后，产生一个矩形脉冲，再利用计数器计算脉冲个数，最终计算出信号的频率。
其计数原理如下图所示：图2：门限计数法图2：门限计数法其中，T表示输入信号周期，Δt为门限宽度。
设计流程本文采用EDA工具LTspice进行数字频率计的设计。
使用LTspice的原因是它是一款功能强大、易于学习、免费的EDA软件，广泛应用于电路设计和仿真领域。
设计流程如下：1.确定输入信号的电路参数：输入信号频率、振幅、时钟等。
2.选择计算频率的计数模型：这里采用频率分频计数和门限计数2种模型，建立计算模型电路。
3.进行仿真，测试电路的性能：可以通过分析波形图、输出计数结果等方式验证电路的正确性和有效性。
设计实例本文将以一个简单的设计实例来说明如何进行数字频率计的设计。
假设输入信号频率为1 kHz，振幅为5V，计数器工作电压为3.3V，门限计数的门限宽度为10 us，计数模型电路如下图所示：V1 IN 0 PULSE(0 5 0 10n 10n 1u 2u)R1 IN N1 50C1 N1 N2 10nD1 N2 0 DQ1 D Q3 VCC TXR2 TX N3 1megC2 N3 0 1uXU1 Q3 CLK TX DFFXU2 CLK 0 N5 D2R3 D2 N7 10kC3 N7 0 1n以上代码中，V1为输入信号源，R1和C1组成低通滤波器，滤除杂波信号，D1、Q1、R2、C2和D2构成频率分频计数器，XU1和XU2分别为D触发器和门限计数器。
数字频率计电路设计
（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，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，得到如下图（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 之成为如下图（b）所示100Hz的矩形波。
2．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）内信号发生周期变化的次数。如果 我们能在给定的1s时间内对信号波形计数，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识别的脉冲信号，然后 通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换 算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。
R
4518
&
Q0 Q1 Q2 Q3
3 4 5 6
Q0 Q1 Q2 Q3
11 12 13 14
从触发器另一反相输出端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。
压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。 从触发器另一反相输出端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。
控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。
◆系统对电源的要求不高，可以采用串联式稳压 （2）全波整流与波形整形电路
波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为如下图（b）所示100Hz的矩形波。 用它作普通频率计的基准信号完全能满足系统的要求。
下面介绍框图中各部分的功能及实现方法。 这就是数字频率计的基本原理。
二分频可以采用T´触发器来实现。 对100Hz全波整流输出信号，由7位二进制计数器74HC4024组成100进制计数器来实现。 （4）显示位数：4位。
实验六基于Multisim8的简易数字频率计仿真
闸门
门控
B 放大 整形
S2
1000Tx
1Tx
10Tx 100Tx
÷10
÷10
计数锁存译码 显示系统
÷10
四、实验参考电路
（1）控制时序产生电路
图4.8.5 是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和 多级分频器组成）和可重触发单稳态74LS123 组成
的控制时序产生电路。秒脉冲发生器产生脉冲宽度 为的定时脉冲，74LS123单稳态电路产生锁存和清 零脉冲。（仿真软件Multisim 8的元件库中，没有 74LS123单稳态电路，可用555定时器组成单稳态 电路）。 5V
4. 闸门电路
闸门电路由与门组成，该电路有两个输入端和一 个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接 整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信 号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启； 而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只 有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进 入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可 见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于 被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出 结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。
5. 电子计数器测量周期
当被测信号频率比较低时，用测量周期的方法来 测量频率比直接测量频率有更高的准确度和分辨率， 且便于测量过程自动化。该测量方法在许多科学技 术领域中都得到普遍使用。图4.8.4是用电子计数器 测量信号周期的原理方框图。
晶振
Tx
时基 分频
1µs
S1 Tc
10µs 1ms 100µs Tx1
①可控制的计数、锁存、译码显示系统； ②石英晶体振荡器及分频系统（可用Multisim 8中
的函数发生器替代）；
简易数字频率计设计 完整版
河南科技大学课程设计说明书课程名称现代电子系统设计题目简易数字频率计设计学院＿＿电信学院＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿＿学生姓名____________________指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿日期＿＿2010-01-10＿＿＿＿＿＿课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称现代电子系统课程设计学生姓名刘轮辉专业班级电信科071 设计题目简易数字频率计设计一、课程设计目的掌握高速AD的使用方法；掌握频率计的工作原理；掌握GW48_SOPC实验箱的使用方法；了解基于FPGA的电子系统的设计方法。
二、设计内容、技术条件和要求设计一个具有如下功能的简易频率计。
（1）基本要求：a．被测信号的频率范围为1～20kHz，用4位数码管显示数据。
b．测量结果直接用十进制数值显示。
c．被测信号可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。
d．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。
e．当测量脉冲信号时，能显示其占空比（精度误差不大于1%）。
（2）发挥部分a．修改设计，实现自动切换量程。
b．构思方案，使整形时，以实现扩宽被测信号的幅值范围。
三、时间进度安排布置课题和讲解：1天查阅资料、设计：4天实验：3天撰写报告：2天四、主要参考文献何小艇《电子系统设计》浙江大学出版社2008.1潘松黄继业《EDA技术实用教程》科学出版社2006.10指导教师签字：2009年12月14日目录一、摘要 (4)二、系统方案论证 (4)2.1频率测量方案 (5)三、数字频率频率计的基本原理 (6)四、各个模块设计 (7)4、1 A/D模数转换模块 (8)4、2 比较模块 (9)4、3 频率和占空比测量模块 (10)五、各个模块仿真波形 (12)六、心得体会 (14)七、参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (22)一.摘要频率计是数字电路中的一个典型应用，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，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。
简易数字频率计设计报告
简易数字频率计设计报告目录一.设计任务和要求 (2)二.设计的方案的选择与论证 (2)三.电路设计计算与分析 (4)四.总结与心得..................................... 错误！未定义书签。
2五.附录........................................... 错误！未定义书签。
3六.参考文献....................................... 错误！未定义书签。
8一、 设计任务与要求1.1位数：计4位十进制数。
1.2.量程第一档 最小量程档，最大读数是9.999KHZ ，闸门信号的采样时间为1S. 第二档 最大读数是99.99KHZ ，闸门信号采样时间为0.1S.第三档 最大读数是999.9KHZ ，闸门信号采样时间为10mS.第四档 最大读数是9999KHZ ，闸门信号采样时间为1mS.1.3 显示方式（1）用七段LED 数码管显示读数，做到能显示稳定，不跳变。
（2）小数点的位置随量程的变更而自动移动（3）为了便于读数，要求数据显示时间在0.5-5s 内连续可调1.4具有自检功能。
1.5被测信号为方=方波信号二、设计方案的选择与论证2.1 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 显示电路闸门产生整体方框图及原理频率测量：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。
时基信号有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。
周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。
基于multisim数字频率计设计
基于multisim数字频率计设计
在Multisim中设计数字频率计（Digital Frequency Counter），可以使用计数器和时钟信号来实现频率测量。
下面是一种基本的设计方法：
打开Multisim软件并创建一个新的电路设计。
从元件库中选择一个计数器元件（如74LS90或74HC161），将其放置在工作区中。
从元件库中选择一个时钟源元件（如信号发生器），将其放置在工作区中。
连接时钟源元件的输出端口到计数器元件的时钟输入端口。
根据计数器元件的位数，选择需要读取的输出位（如4位或8位），并连接到合适的显示元件（如7段数码管或LED灯）。
连接电源和接地。
配置时钟源元件的频率，以模拟待测信号的频率。
运行电路模拟，并观察数码管或LED灯上显示的计数值。
根据计数值和计数时间，可以通过简单的计算得到频率值。
这是一个简单的数字频率计的设计示例。
具体的设计过程和连接方式可能因使用的元件型号和Multisim版本而有所不同。
根据具体需求，您可以进行进一步的调整和改进，例如添加显示切换按钮、改
善精度和稳定性等。
请注意，这只是一个基本的设计示例，实际设计中可能需要考虑更多因素，如输入信号的幅值范围、滤波和抗干扰能力等。
根据具体需求，可能需要使用更复杂的电路和元件。
建议在设计和实施之前进行充分的研究和验证。
简易频率计数器的设计
简易频率计数器的设计设计说明频率的测量实际上就是在1个单位时间内（通常1S）对信号脉冲进行计数，计数值就是信号频率。
1.设计目标用AT89S51设计一个数显频率计数器对0~300KHz的方波信号进行测量，信号从P3.5引脚输入，P1、 P2口做输出口，接一个8位LED数码管，编写程序，测出从P3.5引脚输入的方波信号的频率并显示出来。
2.设计过程（1）硬件电路设计电路组成：选用 AT89S51单片机作为控制核心，1个8位共阳数码管作为输出显示端。
AT89S51的P0口接数码管的段码控制，其中P0.0~P0.6分别连接数码管的A~G 引脚，P0.7连接DP端，低电平有效。
P2口接数码管位码选通部分，P2.0口控制第1个数码管，一直到P2.7口控制第8个，高电平有效。
硬件电路原理图如图1所示。
电路分析：要使8位数码管显示实现动态显示，实际上就是通过P2口输出控制信号轮流选通数码管，共阳型数码管公共端为高电平方可选通，因此要求P2口由P2.0到P2.7依次输出高电平，然后在数码管段码控制端口P0按照一定规律送出要显示的数字0~9。
图1 数显频率计电路图（2）软件设计思路在计数器工作方式下，加至外部引脚的待测信号发生从1到0的跳变时计数器加1。
外部输入在每个机器周期被采样一次，这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期（24个振荡周期），所以最大计数速率为时钟频率的1／24（使用12 MHz时钟时，最大计数速率为500 kHz），也就是说使用12 MHz时钟的AT89S51单片机设计的频率计数器系统，所测的信号的频率不能大于500 kHz，若大于则必须通过分频器分频才能测试，而本次任务的要求是对0~300KHz的信号进行测量，所以可以直接进行。
利用AT89S51单片机的T0、T1的定时计数器功能，来完成对输入的信号进行频率计数。
设置定时器 0 工作在定时方式1，定时1S，并产生方波信号从P1.1引脚输出。
基于CPLD的简易数字频率计
一．设计总体思路，基本原理和框图1.1.设计总体思路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。
本文用VHDL在CPLD器件上实现一种8 b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，不仅能够测量正弦波、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。
具有体积小、可靠性高、功耗低的特点。
1.2.基本原理工作过程：脉冲发生器输入1Hz的标准信号，经过测频控制信号发生器2分频后产生一个脉宽为1秒的时钟信号，以此作为计数闸门信号。
测量时，将被测信号通过信号整形电路，产生同频率的矩形波，输入计数器作为时钟。
当计数闸门信号高电平有效时，计数器开始计数，并将计数结果送入锁存器中。
设置锁存器的好处是显示的数据稳定，不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。
最后将锁存的数值译码并在数码管上显示。
1.3.总体框图二．单元电路设计2.1.分频电路模块本次课程设计中，我们选择的是20分频。
分频器在总电路中有两个作用。
由总图框图中不难看出分频器有两个输出，一个给计数器，一个给锁存器。
时钟信号经过分频电路形成了20分频后的门信号。
另一个给锁存器作锁存信号，当信号为低电平时就锁存计数器中的数。
其电路图如图1.图1 分频电路图2.2.片选信号电路模块此电路也有两用途。
一是为后面的片选电路产生片选信号，二则是为模块ch（译码信号）提供选择脉冲信号。
其电路图如图2.图2 片选信号电路图2.3.计数器模块计数器模块为该电路中的核心模块，它的功能是：当门信号为上升沿时，电路开始计算半个周期内被测信号通过的周期数，到下升沿后结束。
然后送忘锁存器锁存。
其电路图如图3.图3 计数器电路图2.4.锁存器模块该模块在分频信号的下降沿到来时，将计数器的信号锁存，然后送给编译模块中。
简易数字频率计设计实验报告1赵勇
南理工紫金学院课题实验设计报告学生姓名：赵勇学号：100405268专业：电气工程及其自动化题目：电子综合应用实践：简易数字频率计设计课程设计任务书课程设计任务书（1）封面：课程设计题目、班级、姓名（2）设计任务书（3）目录（4）设计方案简介（5）设计条件及主要参数表（6）设计主要参数计算（7）设计结果（8）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会目录第一章设计要求...................................................................................................................整体功能要求.....................................................................................................系统结构要求.....................................................................................................测试指标.............................................................................................................第二章整体方案设计.............................................................................................................2.1 算法设计......................................................................................................2.2 整体方框图及原理......................................................................................第三章单元电路设计...............................................................................................................3.1 模电部分设计..............................................................................................3.2数电部分设计...............................................................................................第四章测试与调整...................................................................................................................4.1 模拟电路的调测..........................................................................................4.2 数字电路的调测..........................................................................................第五章设计小结.......................................................................................................................5.1 设计任务完成情况......................................................................................5.2心得体会.......................................................................................................第一章设计要求1.整体功能要求频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。
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。
EDA简易数字频率计-课设报告1
《EDA技术》课程设计报告题目：简易数字频率计专业：本组成员：简述随着数字电子技术的发展，频率测量成为一项越来越普遍的工作，因此测频计常受到人们的青睐。
目前许多高精度的数字频率计都采用单片机加上外部的高速计数器来实现，然而单片机的时钟频率不高导致测频速度比较慢，并且在这种设计中，由于PCB版的集成度不高，导致PCB板走线长，因此难以提高计数器的工作频率。
为了克服这种缺点，大大提高测量精度和速度，我们可以设计一种可编程逻辑器件来实现数字频率计。
EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件语言为系统逻辑描述的主要方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件设计的电子系统到硬件系统的设计，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。
其设计的灵活性使得EDA技术得以快速发展和广泛应用。
以QUARTUSII软件为设计平台，采用VHDL 语言实现数字频率计的整体设计。
EDA技术已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域。
电子设计自动化是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术，它与电子技术，微电子技术的发展密切相关，它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果，以高性能的计算机作为工作平台，促进了工程发展。
EDA的一个重要特征就是使用硬件描述语言（HDL）来完成的设计文件，VHDL语言是经IEEE确认的标准硬件语言，在电子设计领域受到了广泛的接受。
1.设计概述1.1设计原理在电子技术中，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。
测量频率的方法有多种,其中电子计数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等优点，是频率测量的重要手段之一。
数字式频率计的测量原理有两类：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。
简易数字频率计课程设计报告
简易数字频率计课程设计报告《简易数字频率计课程设计报告》一、设计目的和背景随着科技的不断发展和普及，计算机已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而数字频率计作为一种常见的电子测量仪器，在工业控制、电信通讯等领域有着广泛的应用。
本课程设计旨在通过设计一款简易的数字频率计，以帮助学生深入了解数字频率计的工作原理和设计方法。
二、设计内容和步骤1. 学习数字频率计的基本原理和工作方式：介绍数字频率计的基本功能、硬件组成和工作原理。
2. 设计数字频率计的主要电路：通过研究数字频率计的电路原理图，设计出适用于本设计要求的主要电路。
3. 制作数字频率计的原型：使用电子元器件将电路图中设计的电路进行实际制作，制作出数字频率计的原型。
4. 测试数字频率计的性能：通过对数字频率计进行各种频率波形的测试，验证其测量准确性和稳定性。
5. 优化和改进设计：根据测试结果和用户反馈，对数字频率计的电路和功能进行进一步优化和改进。
三、预期效果和评价标准通过本课程设计，预期学生能够掌握数字频率计的基本工作原理、主要电路设计和制作方法，并且能够针对实际需求进行优化和改进。
评价标准主要包括学生对数字频率计原理的理解程度、电路设计的准确性和创新性，以及对数字频率计性能进行测试和改进的能力。
四、开展方式和时间安排本课程设计可以结合理论学习和实践操作进行，建议分为以下几个阶段进行：1. 第一阶段（1周）：学习数字频率计的基本原理和工作方式。
2. 第二阶段（1周）：设计数字频率计的主要电路。
3. 第三阶段（2周）：制作数字频率计的原型，并进行性能测试。
4. 第四阶段（1周）：优化和改进数字频率计的设计。
总共需要约5周的时间来完成整个课程设计。
五、所需资源和设备1. 教材教辅资料：提供数字频率计的基本原理和电路设计方法的教材或教辅资料。
2. 实验设备和工具：数字频率计的主要电路所需的电子元器件、测试仪器和焊接工具等。
3. 实验环境：提供安全、稳定的实验室环境，以及必要的计算机软件支持。
简易数字频率计课程设计报告 .
目录第一章概述1.1 数字频率计功能及特点1.2 数字频率计应用意义第二章设计方案2.1 设计指标与要求2.2 设计原理2.3方案论证第三章数字频率计分析及参数设计3.1 电路基本原理3.2 时基电路设计3.3闸门电路设计3.4控制电路设计3.5 小数点显示电路设计3.6 整体电路图第四章设计总结4.1 整体电路图4.2 元器件列表4.3 设计心得与体会4.4 附录4.5 参考文献第一章、概述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其他物理量如转速、振动频率等方面获得广泛应用。
1.1 整体功能及特点1，频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲及其它各种周期信号。
2，测量信号复制范围0.5-5v3，显示方式：四维十进制LED显示4，测量范围：1HZ-10HZ5,测量误差：≤±0.1%6，自动检测切换量程1.2 数字频率计应用意义数字频率计是一种应用很广泛的仪器电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。
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。
集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2大类。
数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。
一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。
数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个领域。
第二章设计方案2.1 设计指标与要求2.1.1 设计指标1，频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲及其它各种周期信号。
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。
基于FPGA的简易数字频率计
基于FPGA的简易数字频率计第一篇：基于FPGA的简易数字频率计EDA 简易数字频计设计性实验 2008112020327 ** 电子信息科学与技术物电电工电子中心2009年5月绘制2008．6．10 湖北师范学院电工电子实验教学省级示范中心电子版实验报告简易数字频率计设计一．任务解析通过对选择题的分析，认为该简易数字频率计应该能达到以下要求：1．准确测出所给的方波信号的频率（1HZ以上的信号）。
2．在显示环节上，应能实现高位清零功能。
3．另外还有一个总的清零按键。
二．方案论证本实验中所做的频率计的原理图如上图所示。
即在一个1HZ时钟信号的控制下，在每个时钟的上升沿将计数器的数据送到缓冲器中保存起来，再送数码管中显示出来。
第2页，共11页湖北师范学院电工电子实验教学省级示范中心电子版实验报告在本实验中，用到过几中不同的方案，主要是在1HZ时钟信号的选择和计数器清零环节上：1．在实验设计过程中，考滤到两种1HZ时钟信号其波形如下图所对于上术的两种波形，可以调整各项参数来产生两种1HZ时钟信号。
最后通过实验的验证发现第二种波形对于控制缓冲器获得数据和控制计数器清零更易实现。
并且，用第二种波形做为时钟信号，可以在很短的高电平时间内对计数器清零，在低电平时间内让计数器计数，从面提高测量的精度。
而用第一种波形则不易实现这个过程。
2．在计数器的清零过程中，也有两个方案，分别是能通过缓冲器反回一个清零信号，另一个是在时钟的控制下进行清零。
最终通过实验发现，用时钟进行清零更易实现。
因为如果用缓冲器反回一个清零信号，有一个清零信号归位问题，即当缓冲器反回一个低电平清零信号时，计数器实现清零，但不好控制让缓器冲的清零信号又回到高电平，否则计数器就一直处于清零状态面不能正常计数了。
三．实验步骤通过上分析后，实验分为以下几步：1．1HZ时钟信号的产生（产生该信号的模块如下）：module ones(clk,clkout);input clk;output clkout;parameter parameter N=24000000;n=24;第3页，共11页湖北师范学院电工电子实验教学省级示范中心电子版实验报告reg [n:0]cnt;reg clkout;always @(posedge clk)begin if(cnt==N)else end endmodule begin cnt=0;clkout=1;clkout=0;endend begin cnt=cnt+1;最终产生的信号的波形：2．计数模块。
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简易数字频率计电路设计摘要请对内容进行简短的陈述，一般不超过300字关键字：周期；频率；数码管，锁存器，计数器，中规模电路，定时器在电子技术中，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。
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。
本章要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示。
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、数码管、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。
目录前言 (1)1.数字频率计的原理 (2)2.系统框图 (3)3.系统各功能单元电路设计 (3)3.1 时基电路设计 (3)3.2 放大整形电路 (4)3.3 逻辑控制电路 (5)3.4 锁存单元 (6)3.5 分频电路 (7)3.6 显示器 (7)3.7 报警电路 (8)4.系统总电路图 (10)结束语 (11)参考文献 (12)前言数字频率计是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。
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。
在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。
频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。
频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。
频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。
在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
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。
2.系统框图图2 系统框图3.系统各功能单元电路设计3.1 时基电路设计555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路R D1是置零输入端。
只要在 RD1端加上低电平，输出端Uo便被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。
正常工作必须使 RD1处于高电平。
当U11>UR1.U12>UR2时，比较器C1的输出U1=0，比较器C2的输出U C2 =1，SR锁存器被置0，TD导通，同时U为低电平。
当U11<UR1，U12>UR2时， UC2=1，U1=1 ,锁存器的状态保持不变，因而TD 和输出的状态也维持不变。
当U11<UR1，U12<UR2时，UC2=0，U1=1 故锁存器被置1，U0为高电平，同时TD截止。
当U11>UR1，U12<UR2时，UC2=0，U1=0,锁存器处于Q=Q1=1的状态，U 0为高电平，同时TD截止。
时基电路的作用是产生标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度要求较高时，可采用晶体振荡器。
由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。
由个555定时器产生一个脉冲信号，将555定时器产生的脉冲信号送入逻辑控制电路，再由逻辑控制电路送入计数器本设计时基电路采用的是555振荡器产生1000HZ，周期为1ms的脉冲信号的电路如图所示。
0.1K图3时基电路电阻参数可以由振荡频率计算公式f=1.43/((R1+2R2)*C)根据计算公式f=1.43/((R8+2R10)*C)，取C=1uF.已知f=1000HZ算得R8=0.86K R10=1K 3.2 放大整形电路放大整形电路可以采用晶体管 3DGl00和74LS00，其中3DGl00组成放大器将输入频率为fx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。
U1B计算过程：Vce=0.5Vcc，已知Vcc=0.5V，得Vce=0.25VVce=Vcc-IcRe,IcQ =0.5A, IBQ=（Vcc-VBEQ）/Rb=0.025A放大倍数= IcQ /IBQ=200把信号Vi加到整形放大电路的输入端时，得到该级的输入电压U01 =AU1（UP-UN），其中AU1是输入级的电压增益。
U01传送到中间级进行电压放大，从而在该级的输出端产生U02= AU1AU2（UP-UN）. 输出级输出电压。
施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。
在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输入电压波形的边沿变得很陡。
利用施密特触发器的回差特性将它整形成规则的矩形波。
若负向阀值取为，则回差电压。
整形后输出波形如图5所示。
由于输入信号的干扰在输出中表现为2个矩形脉冲。
若减小负向阀值取为，则回差电压。
此时整形后输出波形如图5所示，消去了干扰。
当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，出现输出电压变化滞后现象。
①当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。
以后Vi逐渐上升,只要不高于阀值电压(2/3Vcc),输出Vo维持1不变。
②当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc，此时定时器状态翻转为0，输出Vo=0，此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc），输出维持0不变。
③当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc，定时器状态翻转为1，输出Vo=1。
因为所选元器件的工作触发均由高低电平来实现，因此计频时需要对不同的波形来进行整形。
该部分主要由一个555芯片来实现，在时基电路产生的脉冲信号输入到放大整形电路，产生的波形如图4，完成由正弦波和三角波到方波的整形，为了便于观察和调试，在本电路中引进了一个示波器来进行观察。
实验中截图如下：图5 整形波形3.3 逻辑控制电路在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号Ⅳ，锁存信号Ⅳ的负跳变又用来产生清“0”信号。
脉冲信号和清零信号两个单稳态触发器74LSl23产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。
由74LS123的功能表可得当R=B=1的情况下，触发脉冲从A端输入，在触发脉冲的负跳变作用下输出端Q非可落得一正脉冲。
前面时基电路产生的脉冲信号从B端输入在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q可获得一正脉冲, Q 非端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足Ⅳ和V 的要求。
电路中的脉冲经由闸门进入下个单元工作。
手动复位开关S 按下时，计数器清“ 0 ”。
图6 逻辑控制电路3.4 锁存单元锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，具有记忆功能。
它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。
锁存器的作用是将计数器在闸门时间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．闸门时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号Ⅳ，将此时计数器的值送译码显示器。
当时钟脉冲CP 的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D 。
将计数器所得到的输出值输入到锁存器中，锁存器具有记忆功能，可以保持计数器得到的脉冲个数。
正脉冲结束后，无论D 为何值，输出端Q 的状态仍保持原来的状态Qn 不变．所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器 。
从计数器输入的脉冲个数保存在锁存器中，即当R D =1，LD=0时，电路工作在同步置数状态。
R D =LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态，从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲，电路将从1111状态返回0000状态，C 端从高电平跳变到低电平，进位。
锁存器上面的街头连接的是译码器，下面的接头接的是计数器，详情见总电路图3.5 分频电路分频电路的作用：1、合理地分割各单元的工作频段；2、合理地进行各单元功率分配；3、使各单元之间具有恰当的相位关系以减少各单元在工作中出现的声干涉失真；4、利用分频电路的特性以弥补单元在某频段里的声缺陷5、将各频段圆滑平顺地对接起来。
假如计数器输入的频率fo 则Qo,Q1,Q2,Q3端输出脉冲的频率依次为1/2fo1/4fo1/8fo1/16fo本设计分频电路采用的是10分频，即1/10。
由于分频器的4位输出对应16种状态，每种状态是依次先后输出的，即不同状态对应不同的时间位置，而串并变换器输出两种状态，且串并变换器输出的4种状态与分频器的12种状态中的两种状态相同.由于本设计中需要1s、0.1s、10ms、1ms四个闸门时间（频率分别为1HZ，10HZ，100HZ，1000HZ），555振荡器产生1000HZ，周期为1ms的脉冲信号，需经分频才能得到其他三个周期的闸门信号，可采用74LS160分别经过一级、二级、三级10分频得到。