最新海南省大学生电子设计竞赛设计报告

海南省大学生电子设计竞赛设计报告

题目：数字频率计

学校：琼州学院

参赛队员：董晋玮程宇葛帅强

指导老师：

2012年11月

目录摘要

关键词

设计要求

第一章：数字频率计测频的基本原理

第二章：基本单元电路设计

2.1放大整形电路设计与仿真

2.2时基电路

2.3闸门电路

2.4逻辑控制电路设计

2.5锁存及译码电路设计

2.6整体电路图及仿真

2.7整机元件清单

第三章：系统组装、调试及结果

第四章：课程设计总结

致谢

参考文献

数字频率计

（琼州学院 电子信息工程学院，海南三亚 572022）

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，因此已经成为电路设计的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在电子技术中，频率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,其中数字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。其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐述了设计了一个简单的数字频率计的过程。

关键词：数字频率计

设计要求

设计任务及要求：

设计一简易数字式频率计，其设计要求及技术指标是：

1．基本要求：

（1）被测信号为矩形脉冲信号，0~4V ； （2）显示的频率范围为0000~9999Hz ； （3）测量精度为±1Hz ；

（4）用LED 数码管显示频率数值。 2．扩展部分：

（1）输入信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV ； （2）显示的频率范围为0~10MHz ； （3）自动量程切换；

（4）如何提高测量的精度。

频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量的角度看，即在标准时间内，测得的被测信号的脉冲数。其测量的频率的方框图如下图所示。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的Ａ输入端，门控双稳输出的门控信号，加到主门的Ｂ输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ｔ秒，计数器累积的数字为Ｎ，则被测的频率为T

N f =

x 。 主门

分频器

门控信号频率

门控信号数字显示

十进制计数器A

B

清零

元器件清单：

NE555×1片

74LS123×2片

74LS90×4片

74LS273×2片

74LS48×4片

BS202×4个（共阴LED数码管）

74LS00×2片

三极管9014×1只

二极管1N4007×1只

电阻：10kΩ×3，47kΩ×2，39kΩ×2，1kΩ×1，3.3kΩ×1，680Ω×28 电位器：50kΩ×1，100kΩ×1

瓷介电容：0.01μF×1

电解电容：47μF×1，4.7μF×2，100μF×1，10μF×1

按钮开关×1

第一章数字频率计测评的基本原理

频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。它可以测量正弦波、方波、三角波的频率。利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。频率是指单位时间(1s)内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的A输入端，门控双稳输出的门控信号加到主门的B输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。

如果主门的开启时间为T s，计数器累积的数字为N，则被测的频率为

频率测量原理

设计框图如下：

频率计总体框图

第二章：基本单元电路设计

2.1放大整形电路设计与仿真

放大整形电路

本部分电路由三极管放大电路和门电路组成。作用是将正弦波或三角波输入信号整形成同频率

方波，测试信号通过通过三极管放大电路进行放大，使微弱信号到达可测量的幅度。经过放大整形后的方波送到闸门以便计数。

放大整形电路

整形放大电路的设计仿真

用于非矩形波信号频率的测量。通过频率放大电路后，非矩形波可转化为矩形波，且其频率保持不变，即达到了测量任意波形信号频率的测量的扩展目的。

仿真原理图：

整形放大电路的仿真

2.2时基电路

时基电路

本部分电路由555芯片组成，作用是提供用于测量单位时间(1s)，即闸门信号的开启时间。同时产生的方波信号下降沿激发锁存器的锁存信号，再由该信号激发计数器的计数信号。

时基电路

时基电路的仿真

采用555多谢振荡电路，输出方波周期为：T=0.7×（R P+R1+2R2）C;

可调电阻R P=0—100KΩ，输出方波的周期T=0.75s—1.575s，占空比D==68.8%—82.67%

仿真原理图：

555多谐震荡电路的仿真

仿真结果：

555多谐震荡电路的仿真波形

2.3闸门电路

本部分电路由与门组成，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。

采用2/5分频十进制加法计数器74LS90，四片级联可扩展测量范围到1——9999Hz，R91、R92端置零，R01、R02单稳态触发器输出的控制段相接，起到给计数器清零、为下一周期的计数做准备的作用。