简易数字频率计课程设计资料整理

一、课题名称与技术要求

<1>名称：简易数字频率计

<2>主要技术指标和要求：

1. 被测信号的频率范围100HZ～100KH

2. 输入信号为正弦信号或方波信号

3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位

4. 具有超量程报警功能

二、摘要

以门电路，触发器和计数器为核心，由信号输入、放大整形、闸门电路、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：由与门电路通过控制开门关门，攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数；时基信号：周期性产生一秒高电平信号；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，计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码译码在数码管显示出来。

关键字：比较器，闸门电路，计数器，锁存器，逻辑控制电路

三、方案论证与选择

<1>频率测量原理与方法

对周期信号的测量方法，常用的有下述几种方法。

1、测频法（M法）

对频率为f的周期信号，测频法的实现方法，是用以标准闸门信号对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N时，其频率为：f1=N1/TG。TG为标准闸门宽度，N1是计数器计出的脉冲个数，

设在TG期间，计数器的精确计数值为N，根据计数器的技术特性可知，N1的绝对误差是△N1=N±1,N1的相对误差为&N1=（N1-N）/N=（N±1-N）/N=±1/N,由N1的相对误差可知，N（或N1）的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f已确定的条件下，为减小N1的相对误差，可通过增大TG的方法来降低测量误差。但是，增大TG会使频率测量的响应时间长。当TG为确定值时(通常取TG=1s)，则有f=N，固有f1的相对误差：&f1=(f1-f)/f=(f±1-f)/f=±1/f

由上式可知，f1的相对误差与f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此，M法适合于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。

测频法原理图

2、测周法（T法）

首先把被测信号通过二分频，获得一个高电频时间和低电平时间都是一个信号周期T的方波信号；然后用一个已知周期的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期T的时间内对此高频信号进行计数。

若在T时间内的计数值为N2,则有

T2=N2*Tosc

f2=1/T=1/(N2* Tosc)= fosc/N2

N2的绝对误差为△N=±1

N2的相对误差为&N2=(N2-N)/N=(N±1-N)/N=±1/N

从T2的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高频你标准计数信号的频率成反比。当fosc为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。

测周法原理图

<2>频率测量方案选择

根据性能和技术指标的要求，首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。有上述对各种方法的讨论可知，M法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数，进行换算得出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于闸门时间和被测信号频率。当被测信号频率较低时将产生较大误差，除非闸门时间取得很大。这种方法比较适合测量高频信号的频率。T法是通过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高。这种方法比较适合测量频率较低的信号。综合以上几种方案的优缺点和该课题的频率范围和精确度的要求，我们选择直接测频法。对测量频率的最低值100Hz来说，相对误差最大为1%，可以满足要求，随着测量频率的增大，相对误差逐渐减小。

四、方案的原理框图、总体电路图、接线图以及说明

<1>方案原理框图

<2>总体电路图