简易数字频率计
简易数字频率计鉴定优秀
前言数字频率计是一种用数字显示地频率测量仪表,它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉信号地频率,而且还能对其他多种物理量地变化频率进行测量,诸如机械振动次数,物体转动速度,明暗变化地闪光次数,单位时间里经过传送带地产品数量等等,这些物理量地变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化地电信号,然后用数字频率计测量单位时间内变化次数,再用数码显示出来.因此它是一种测量范围较广地通用型数字仪器.设计要求：1.被测信号地频率范围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；第一章系统概述1.1基本原理数字频率计地主要功能是测量周期信号地频率.频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化地次数.如果我们能在给定地 1S 时间内对信号波形计数,并将计数结果显示出来,就能读取被测信号地频率.数字频率计首先必须获得相对稳定与准确地时间,同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别地脉冲信号,然后通过计数器计算这一段时间间隔内地脉冲个数,将其换算后显示出来.这就是数字频率计地基本原理.1.2系统框图系统框图：图1数字频率计框图1.3系统各部分地功能设计1.3.1波形整形电路0°图21.3.2 分频器U2A4518BD_5V1A 31B 41C 51D6EN12MR17CP11图3（a ）图3（b ）分频器地作用是为了获得 1S 地标准时间.电路中首先用两片如图3（a ）所示地分频器对经过整形后得到地 100Hz 信号进行 100 分频得到如图4（ a ）所示周期为 1S 地脉冲信号.然后再用D 触发器如图3（b ）进行二分频得到如图4（ b ）所示占空比为 50 ％脉冲宽度为 1S 地方波信号,由此获得测量频率地基准时间.利用此信号去打开与关闭控制门,可以获得在 1S 时间内通过控制门地被测脉冲地数目.图4示波器输出波形1.3.3 信号放大、波形整形电路为了能测量不同电平值与波形地周期信号地频率,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地脉冲信号.信号放大与波形整形电路地作用即在于此.信号放大可以采用一般地运算放大电路（如图5所示）,波形整形采用555构成地施密特触发器（如图6所示）U13288RT12543图5 运算放大器 图6 由555构成地斯密特触发器图7 信号放大与波形整形电路原理图1.3.4 控制门控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数.它地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. 我们地设计采用地是或门,秒信号为低电平时进行计数.如图8所示U8A 74LS32D图8 或门作为控制门1.3.5 计数器计数器地作用是对输入脉冲计数.根据设计要求,最高测量频率为 100kHz ,应采用6位十进制计数器.可以选用由74161（74161是同步16位二进制加计数器,它有异步清零,同步预置数等功能.）改装而成地10进制计数器.U674161NQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2图9 计数器74161 图10 由74161连成地十进制计数器1.3.6 超量程报警器如图11所示,报警器由一个与门控制一个D 触发器和一个信号指示灯x1实现.由于设计要求最大频率为100.0KHZ,当计数器计数输出地结果小于100.0KHZ 时,与门7409N 输出一直为低电平,报警信号灯一直处于熄灭状态；当输出结果大于100.0KHZ 时,在计数地过程中与门7409N 输出将变为高低电平交替出现,信号灯一闪一亮.图11 超量程报警器1.3.7 寄存器在确定地时间（ 1S ）内计数器地计数结果（被测信号频率）必须经寄存后才能获得稳定地显示值.寄存器地作用是通过触发脉冲控制,将测得地数据寄存起来,送显示译码器.寄存器为使数据稳定,最好采用边沿触发方式地器件.U1474175N1D 4CLK91Q 2~CLR 12D 53D 124D 13~1Q 3~2Q 63Q 10~3Q 112Q 74Q 15~4Q14图12如图12所示,在设计中我们采用了74LS175,74LS175是用四个D 触发器组成地四位寄存器,用以存储4位二进制数.在CP 上升沿到达时1D ～4D 端状态被同时到各个触发器中,形成1Qn+1～4Qn+1状态.RD 为异步清零控制端.当RD=0时,不需要和CP 同步,就可完成寄存器1Q ～4Q 清零工作. 1.3.8 显示译码器与数码管显示译码器地作用是把用 BCD 码表示地10进制数转换成能驱动数码管正常显示地段信号,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.本设计中采用地是7447七段数码显示译码器以及相应地七段数码管.显示译码器7447 如图13（a ）所示,七段译码管如图13（b ）所示,电路连接图如图14所示.(a)(b)U257447NA 7B 1C 2D6OA 13OD10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~LT 3~RBI 5~BI/RBO4图137447N图14第二章 单元电路地设计与分析在本次设计中,我地主要任务就是实现占空比为50%地方波信号,我实现它所用地电路原理图如图：0°图2-1本模块中所用芯片有：555构成地斯密特触发器、4518BD,D —FF. 其功能分别是：图2-1-2555构成地斯密特触发器:连接图如图2-1-2.为了消除高频干扰,提高比较其参考电压地稳定性,通常将C ON 管脚通过0.01uf 地电容接地.施密特触发器地构成施密特触发器也有两个稳定状态,但与一般触发器不同地是,施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不R7同化方向地输入信号,施密特触发器有不同地阀值电压.门电路有一个阈值电压,当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路地状态将发生变化.施密特触发器是一种特殊地门电路,与普通地门电路不同,施密特触发器有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压.在输入信号从低电平上升到高电平地过程中使电路状态发生变化地输入电压称为正向阈值电压,在输入信号从高电平下降到低电平密特触发器有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压.在输入信号从低电平上升到高电平地过程中使电路状态发生变化地输入电压称为正向阈值电压,在输入信号从高电平下降到低电平地过程中使电路状态发生变化地输入电压称为负向阈值电压.正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压.它是一种阈值开关电路,具有突变输入——输出特性地门电路.这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起地输出电压地改变.斯密特波形图利用施密特触发器状态转换过程中地正反馈作用,可以把边沿变化缓慢地周期性信号变换为边沿很陡地矩形脉冲信号.输入地信号只要幅度大于vt+,即可在施密特触发器地输出端得到同等频率地矩形脉冲信号.555定时器555定时器是一种集成电路[如图2-1-3所示],因集成电路内部含有三个5千欧电阻而得名利用555定时器可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器.本次设计我采用555定时器构成施密特触发器,因为它只需将2号脚和六号脚连在一起作信号地输入端,即可方便地构成施密特触发器.图2-1-3 CB555地电路结构只要将555定时器地2号脚和6号脚接在一起,就可以构成施密特触发器.可以简记为“二六一搭”.如图2-1-4图2-1-4 施密特触发器连接图4518BD功能：十进制同步加/减计数器4518.如图2-1-5图2-1-54518BD 为双BCD 加计数器,该器件由两个相同地同步4 级计数器组成.计数器级为D 型触发器.具有内部可交换CP 和EN 线,用于在时钟上升沿或下降加计数.在单个单元运算中,EN 输入保持高电平,且在CP 上升沿进位.CR 线为高电平时,计数器清零.计数器在脉动模式可级联,通过将Q3 连接至下一计数器地EN 输入端可实现级联.同时后者地CP 输入保持低电平.将两个4518BD 串联起来,可以实现对经过555触发器地输入信号地100分频.连接图如图2-1-2所示,CP1接输入信号,CP2接D 触发器地CLK 输入端.D —FF 功能：电路图如图2-1-6所示.图 2-1-6为D 触发器.其功能是实现二分频.从而输出占空比为50%地标准秒信号,然后完成计数功能CLK端接上步中地分频器地输出端,Q接控制门U8A(74LS332D)其中一个输入端.各部分地实现结果如下图所示电源波形经555构成地斯密特触发器变形后地波形.555构成地斯密特触发器输出地信号经过二分频得到地标准秒信号.第三章 电路地检测方法与步骤(1) 电源测试用示波器检测产生基准时间地全波整流电路输出波形. 检验电路图如3-1-1所示,如果示波器地输出波形如图3-1-2所示.由波形图可以证明将电源信号变为标准秒信号可以正确实现.0°图3-1-1图3-1-2(2) 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 1.2KHz 左右地正弦信号检验电路如图3-2-1所示.由示波器地输出波形所示可证明已经将被测信号变为方波信号.图3-2-1图3-2-2(3) 控制门检测检测控制门 U8A(74LS32D) 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地矩形波.如观测不到波形,则应检测控制门地两个输入端地信号是否正常 , 并通过进一步地检测找到故障电路,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.(4) 计数器电路地检测依次检测6 个计数器 74161 时钟端地输入波形,正常时,相邻计数器时钟端地波形频率依次相差 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地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地状态一致.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,则检测寄存器电路.(5)寄存电路地检测依次检测 74175寄存器各引脚地电平与波形.正常情况各电平值应与电路中给出地状态一致.(6) 显示译码电路与数码管显示电路地检测检测显示译码器7447各控制端与电源端引脚地电平,同时检测数码管各段对应引脚地电平及公共端地电平.通过检测与分析连接好电路.第四章总结在数字频率计地设计当中,基本完成了设计任务书中地基本要求.本课题用Mulitism软件设计,数字频率计是数字电路中地一个典型应用,实际地硬件设计用到地器件较多,联机比较复杂,而且会产生比较大地延时,造成测量误差、可靠性差.而且还存在着许多不足之处.为了能测量不同电平值与波形地周期信号地频率,必须对被测信号进行放大与整形处理,数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率地一种测量装置.它可以测量正弦波、方波信号地频率.通过本设计使我们对数字频率计有更深一步地了解.附录一．电路图：二．元件表：参考文献：[1]林涛.数字电子技术基础清华大学出版社 2006年第1版[2]刘南平.数字频率计设计方案现代电子设计与制作技术[M]. 2004年第2版[3]毕满清.电子技术实验与课程设计［M］.北京：机械工业出版社,2005[4]张洪润.电子线路与电子技术[M]．清华大学出版社．2005年[5]郝波.数字电路[M]．电子工业出版社．2003年[6] 徐成,刘彦, 李仁发, 等. 一种全同步数字频率测量方法地研究[J]. 电子技术应用[7] 魏西峰.全同步数字频率测量方法地研究[J]. 现代电子技术, 2005,[8] 谢自.电子线路设计•实验•测试[M]．华中科技大学出版社．2000年[9] 任中民.数字电子技术[M]．清华大学出版社．2005年。
简易数字频率计
目录摘要 (2)第1章绪论 (2)1.1 单片机的简介 (3)1.2 单片机的应用领域 (3)1.3 单片机的发展趋势 (3)第2章系统硬件电路框图设计 (4)2.1 简易数字频率计的功能描述 (4)2.2 硬件电路设计框架 (4)2.3 主要芯片介绍 (5)2.3.1 74HC161的介绍 (5)2.3.2 74HC153的介绍 (5)2.4 系统硬件单元电路设计及论证 (6)2.4.1 晶振电路 (6)2.4.2 复位电路 (6)2.4.2 放大整形电路 (7)第3章系统软件设计 (8)3.1 软件整体设计框图 (8)3.2 子程序设计框图 (9)3.2.1 显示程序 (9)3.2.2 频率测量程序 (9)第4章系统调试 (10)4.1 软件调试 (10)4.2 硬件调试 (10)第5章毕业设计总结 (11)参考文献 (12)附录A 电路原理图 (13)附录B 整体总程序 (14)摘要单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。
这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
本次课程设计的题目是：“简易数字频率计设计”以单片机89C51 为核心设计了一种频率计。
在设计中应用单片机的数学运算和控制功能,实现了测量量程的自动切换,既满足测量精度的要求,又满足系统反应时间的要求。
关键字：单片机 频率测量 数据处理第1章 绪论1.1 单片机的简介单片机是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小然而完善的计算机系统。
电子电路课程设计电子教案 7.1.5简易数字式频率计数器教案
电子电路课程设计课程教案
P91 （1）整体功能要求
频率计数器（简称频率计）主要用于测量正弦波、脉冲波、三角波和其他周期信号的频率。
其扩展功能是可以测量信号的周期和脉冲宽度。
采用数字显示技术（如LED、LCD等）显示测量结果。
为了突出数字电路的应用，本课题被测量信号仅限于TTL脉冲波。
（2）系统结构
数字频率计的整体结构要求如图7-19所示。
外部“被测信号”送入“测量电路”进行处理和测量，“挡位转换”可以用于选择测试项目，包括频率、周期或脉宽，也可以进一步选择测量频率挡位。
（3）技术指标
①被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。
②测量频率范围：分三挡：
1Hz～999Hz；
0.01kHz～9.99kHz；
0.1kHz～99.9kHz。
③测量周期范围：1ms～1s。
④测量脉宽范围：1ms～1s。
⑤测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误差）。
⑥输入阻抗：大于100kΩ。
（4）扩展技术指标
①要求测量频率时，1Hz～99.9kHz的精度均为1%。
②测量占空比。
测量精度：1%分辨率。
测量范围：1%～99%
（5）设计条件
①电源：直流稳压电源提供+5V电压。
②可供选择的元器件见表7-10。
填表说明：1 每项页面大小可自行添减。
2 课次为授课次序，填1、2、3等。
简易数字频率计设计
简易数字频率计设计简易数字频率计是一种统计计算工具，用于频率统计，使用适当的算法来测量特定序列中给定元素或者元素组合出现的频率，主要用于数据分析和统计工作，帮助使用者深入分析数据，得到较为精准的结果。
本文将详细说明一种简易的数字频率计的设计实现过程和分步流程。
设计步骤第一步：准备设计简易数字频率计所需要的硬件设备设计简易数字频率计需要的硬件设备有：计算机、网络设备、数据存储器、输入输出设备等。
计算机配备相应的硬件设备和软件，网络设备用于连接多台计算机，数据存储器用于存储数据，输入输出设备允许输入和输出各种不同类型的数据。
第二步：制定相应的算法根据具体情况，应制定出相应的算法，用于计算数据序列中给定元素或者元素组合出现的频率，主要包括排序算法，查找算法，求和算法，概率分布算法等。
比如：可以使用冒泡排序或者快速排序对数据序列进行排序，使用二分查找等技术快速查找元素，在运算时可以使用求和、乘法、平方等算法来计算数据，使用贝叶斯理论等方法来求取概率分布。
第三步：实现数据处理根据设计上的算法，使用计算机及其相应的软件和硬件设备，进行数据处理，对相关的数据序列进行相应的操作，实现频率的统计计算，得到精准的统计结果。
第四步：测试并可视化在完成简易数字频率计的设计之后，应当对数据处理过程进行测试，以验证所编写算法的正确性和可靠性。
完成测试之后，可以通过图表和表格的方式可视化频率计算结果，更加直观地显示出数据之间的关系以及频率变化趋势。
以上就是一种简易数字频率计的设计实现过程，它可以为使用者提供准确的统计数据和频率结果，促进数据深入分析等工作，为企业的发展带来重要的帮助。
简易频率计实验报告
实验二简易数字频率计实验目的：（1）学会各种简易数字频率计的设计方法（2）学会VHDL的多进程及多层次设计方法实验原理：设计一个四位数字频率计，此频率计共分四档。
一档：0~9999Hz二档：10~99.99kHz三档：100~999.9kHz四档：1~10MHz分频器模块FEN通过对1Hz的时钟的分频得到0.5Hz的时钟信号。
测频模块FTEST,是整个程序的核心，此模块完成在1s的时间内对被测信号计数的功能，并通过输出数据实现自动换挡的功能。
LOCK模块用来锁存数据。
实验内容：在MAX+plusII中用VHDL语言输入FEN2 、MUX21、CD源程序，保存名字与实体名一致，后缀为vhd,选择目标器件为EP1K30TC144-3，然后进行编译、仿真。
参考程序：1、FEN通过对1Hz的时钟的分频得到0.5Hz的时钟信号。
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY fen ISPORT(clk:IN STD_LOGIC;q:OUT STD_LOGIC);END fen;ARCHITECTURE fen_arc OF fen ISBEGINPROCESS(clk)VARIABLE x:STD_LOGIC;BEGINIF clk'EVENT AND clk='1'THENx:=NOT x;END IF;q<=x;END PROCESS;END fen_arc;波形仿真图：2、FTSET此模块完成在1s的时间内对被测信号计数的功能，并通过输出数据实现自动换挡的功能。
LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ftest ISPORT(clr,Fx,door:IN STD_LOGIC;alm:OUT STD_LOGIC;q3,q2,q1,q0,dang:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END ftest;ARCHITECTURE CORN_ARC OF ftest ISBEGINPROCESS(door,Fx)VARIABLE c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6 :STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);VARIABLE x:STD_LOGIC;BEGINIF Fx'EVENT AND Fx='1'THENIF door='1'THENIF c0<"1001"THENc0:=c0+1;ELSEc0:="0000";IF c1<"1001"THENc1:=c1+1;ELSEc1:="0000";IF c2<"1001"THENc2:=c2+1;ELSEc2:="0000";IF c3<"1001"THENc3:=c3+1;ELSEc3:="0000";c4:=c4+1;ELSEc4:="0000";IF c5<"1001"THEN c5:=c5+1;ELSEc5:="0000"; IF c6<"1001"THEN c6:=c6+1;ELSEc6:="0000";alm<='1';END IF;END IF;END IF;END IF;END IF;END IF;END IF;ELSEIF clr='0'THENalm<='0';END IF;c6:="0000";c5:="0000";c4:="0000";c3:="0000";c2:="0000";c1:="0000";c0:="0000";END IF;IF c6/="0000"THENq3<=c6;q2<=c5;q1<=c4;q0<=c3;dang<="0100";ELSIF c5/="0000"THEN q3<=c5;q2<=c4;q1<=c3;q0<=c2;dang<="0011";q3<=c4;q2<=c3;q1<=c2;q0<=c1;dang<="0010";ELSEq3<=c3;q2<=c2;q1<=c1;q0<=c0;dang<="0001";END IF;END IF;END PROCESS;END CORN_ARC;波形仿真图：3、LOCK模块LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY LOCK ISPORT(A0,A1,A2,A3,A4:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);q0,q1,q2,q3,q4:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);clk:IN STD_LOGIC);END LOCK;ARCHITECTURE ART OF LOCK ISBEGINPROCESS(clk)BEGINIF(clk'EVENT AND clk='1')THEN q0<=A0;q1<=A1;q2<=A2;q3<=A3;q4<=A4;END IF;END PROCESS;END ART;波形仿真图：顶层仿真波形：实验结果：实现了四位数字频率计的设计。
基于单片机简易数字频率计
基于单片机简易数字频率计基于单片机的简易数字频率计概述：数字频率计是一种用于测量信号频率的仪器，它能够将输入的模拟信号转换为数字信号，并通过单片机进行处理和显示。
本文将介绍基于单片机的简易数字频率计的原理和实现方法。
一、原理介绍数字频率计的原理基于信号的频率与周期的倒数之间的关系。
当输入信号的频率较高时，直接测量周期较为困难，因此常采用测量信号的脉宽来间接推算频率。
本文所介绍的简易数字频率计就是基于这一原理。
二、硬件设计1. 信号输入：将待测信号接入单片机的GPIO口，通过外部电路对信号进行电平转换和滤波处理，确保输入信号稳定且符合单片机的输入电压范围。
2. 定时器：单片机内部的定时器用于测量输入信号的脉宽。
通过配置定时器的计数器和预分频器，可以实现不同精度的测量。
一般情况下，选择合适的计数器和预分频器，使得定时器的溢出周期与待测信号的周期相当，以提高测量的准确性。
3. 显示模块：通过数码管或LCD显示模块，将测量到的脉宽转换为频率值并进行显示。
可以根据需要选择合适的显示方式和显示精度。
三、软件设计1. IO口配置：在单片机的软件中，需要配置GPIO口的输入和输出模式，以及中断触发条件等。
通过配置正确的IO口，可以实现对信号输入和输出的控制。
2. 定时器配置：配置定时器的计数器和预分频器，并设置中断触发条件。
在定时器中断服务函数中，可以对计数器的值进行读取和处理。
3. 测量算法：在定时器中断服务函数中，可以根据测量到的脉宽值计算出信号的频率。
具体的计算方法有多种，例如可以通过测量多个周期的脉宽平均值来提高测量的准确性。
4. 显示控制：将计算得到的频率值转换为合适的显示格式，并通过显示模块进行显示。
可以根据需要选择合适的显示精度和显示方式。
四、实现方法基于以上原理和设计，可以通过以下步骤来实现简易数字频率计：1. 硬件连接：将待测信号接入单片机的GPIO口，并通过外部电路进行电平转换和滤波处理。
2. 软件编程：根据单片机的型号和开发环境，编写相应的软件程序。
简易数字频率计
简易数字频率计引言数字频率计是一种用来测量信号频率的仪器。
在电子工程、通信工程和音频工程等领域中都有广泛的应用。
本文将介绍一个简易的数字频率计，它基于微控制器和计数器电路，能够精准地测量输入信号的频率。
设计原理该简易数字频率计的设计原理主要包括三个部分：输入电路、计数器电路和显示电路。
输入电路输入电路用于接收待测量的信号，并将其转换为微控制器可以处理的数字信号。
一般使用一个信号放大器将输入信号放大，并通过一个阻抗匹配电路将信号阻抗与测量电路相匹配。
计数器电路计数器电路是本频率计的核心部分。
它通过计数器器件来测量输入信号的周期时间，并计算出频率值。
常见的计数器器件有74HCxx系列、CD40xx系列等。
在该设计中，我们选择了74HC160 4位可编程同步二进制计数器。
显示电路显示电路用于将测量得到的频率值以可读性良好的方式展示出来。
一般使用数码管进行数字显示。
本设计中使用了共阴极的4位7段数码管，通过串口通信将测量到的频率值发送给数码管进行显示。
硬件设计硬件设计主要包括信号放大电路、计数器电路和显示电路。
信号放大电路设计信号放大电路使用了一个运放进行信号放大，具体的放大倍数可以根据实际需求进行调整。
为了防止输入信号的干扰，还可以添加一个低通滤波器来滤除高频噪声。
计数器电路设计74HC160计数器电路的设计如下： - 连接74HC160的CLK 引脚到信号输入引脚，即可通过输入信号的上升沿触发计数器的计数。
- 使用74HC160的O0～O3输出引脚接到后续的显码驱动电路。
显示电路设计数码管的控制可以使用74HC595移位寄存器进行。
通过接口电路和微控制器进行通信，将测量到的频率值发送给74HC595，然后74HC595控制数码管进行数字显示。
软件设计软件设计主要包括信号处理和数据显示。
信号处理软件部分主要是通过计数器来测量输入信号的周期时间并计算出频率值。
通过编写的程序，将计数器的数值传输给微控制器，并进行运算得到频率值。
简易数字频率计
频率计算：通过测量信号的周期或 频率，计算出数字频率值
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信号处理：通过数字滤波器对采集 到的信号进行滤波，以消除噪声和 干扰
数据输出：将计算出的频率值通过 串口或其他方式输出到计算机或其 他设备
计数器和计时器的编程实现
使用计时器对计数器进行计 时，计算信号的周期
将计数器和计时器的结果通 过软件进行显示和控制
能源监测：简易数字频率计可实现对新能源发电设备的实时监测，提高能源利用效率。 环保监测：简易数字频率计可用于监测环保设备的运行状态，确保污染物排放达标。 智能电网：简易数字频率计可应用于智能电网中，实现电网的智能化管理和优化。 节能减排：简易数字频率计可帮助企业实现节能减排，降低生产成本。
简易数字频率计的技术挑战和发展方向
分析仪等。
科学实验领域： 用于各种与频率 相关的实验，如 电磁波的发射与 接收、无线电通
信等。
工业生产领域： 用于生产过程中 的各种频率测量 和控制，如电机 转速的测量和控 制、生产线上各 种设备的状态监
测等。
简易数字频率计在生物医学工程领域的应用
监测生理信号：简易数字频率计可 以用于监测人体的心电图、脑电图 等生理信号，辅助医生进行疾病诊 断和治疗。
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频谱分析：对信号进行频谱分析， 了解信号的成分和特性
音频处理：用于音频信号的频率测 量和处理，如音频压缩、降噪等
简易数字频率计在通信和电子测量领域的应用
通信领域：用于 信号频率的测量， 如调频信号、调
相信号等。
电子测量领域： 用于测量电子设 备的频率特性， 如示波器、频谱
界面优化：根据实际需求对显示和控制界面进行优化，提高用户体验和操作便捷性
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宁波工程学院电子信息工程学院课程设计报告课程设计题目：简易数字频率计起讫时间：2011年05月23日至2011年06月03日目录第一章技术指标1.1整体功能要求1.2电气指标1.3扩展指标1.4设计条件第二章整体方案设计2.1 算法设计2.2 整体方框图2.3 计数原理第三章单元电路设计3.1 波形变换电路3.2 闸门电路设计3.3小数点显示电路设计第四章测试与调整4.1 硬件测试与调整4.2 软件测试与调整4.3 整体指标测试第五章设计小结5.1 设计任务完成情况5.2 问题及改进5.3心得体会附录第一章技术指标1.1整体功能要求设计并制作一台数字显示的简易频率计，主要用于测量正弦波、方波等周期信号的频率值。
1.2 电气指标1.2.1 信号波形：方波；1.2.2 信号幅度;TTL电平；1.2.3 信号频率：100Hz～9999Hz；1.2.4 测量误差：≤1%；1.2.5 测量时间：≤1s／次，连续测量；1.2.6 显示：4位有效数字，可用数码管，LED或LCD显示。
1.3扩展指标1.3.1 可以测量正弦波信号的频率，电压峰－峰值VPP=0.1～5V；1.3.2 方波测量时频率测量上限为3MHz，测量误差≤1%；1.3.3 正弦（Vopp=0.1V~5V）测量时频率测量上限为3MHz，测量误差≤1%；1.3.4量程自动切换，且自动切换为四位有效数字输出；1.4设计条件1.4.1 电源条件：+5V。
1.4.2开发平台：本系统以高速SOC单片机C8051F360和FPGAEP2C8T144为核心，主要包括9个模块，其主要配置见表1-1。
表1-1数字电子系统设计实验平台模块一览型号名称主要配置MCU模块SOC单片机8051F360,CPLD芯片EMP3064TC44 74151 FPGA模块EMP3064TC44,串行配置芯片，JTAG和AS配置接口74153 LCD和键盘模块12864中文液晶，16个按键7404 8位高速A/D模块30MHz8位A/D转换器ADS930,信号调理电路4518 10位高速D/A模块双路100MHz10位D/A转换器THS5651,差分放大电路，反相器74132 数码显示和温度检测模块4位数码管，LED显示器，DS1624S温度传感器74160 大容量SRAM模块512kBRAM芯片IS62WV5128C392 音频放大滤波模块拾音器，放大电路，4阶有源带通滤波器4017 音频滤波功放模块音频功放LM386第二章 整体设计方案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。
2.2 整体方框图2.3 计数原理(1) 由信号发生器产生方波信号，用单片机的两个定时器中的一个定时器精确定时Ｔ＝１ｓ，另一个定时器进行对外部脉冲的从０开始计数。
(2) 当要对正弦信号进行频率计数时，将正弦信号经过LM324运放进行过滤为ＴＴＬ。
输出的信号先由示波器显示，观测幅度范围。
将信号接入单片机。
(3) 用Ｃ语言将定时器和计数器功能写入单片机程序，并写好LCD 显示程序。
信号发生器运放ＬＭ３２４ ＭＣＵ模块ＬＣＤ显示第三章单元电路设计3.1 波形变换电路图3-1 波形变换模块图中的V+为+5V，V-接地，这是因为单片机输入引脚只能输入TTL电平，正弦波信号进入波形变换模块转换为同频率TTL电平的方波信号。
3.2闸门电路设计和定时计数以下为我们的程序设计TMOD=0x51; //T0、T1方式1,T1计数方式CKCON=0; //系统时钟12分频TL0=0x66;TH0=0x3e;TL1=0X0;TH1=0X0; //计数器清0fp=T_C; 宏定义值为40；TMR2CN=0X04; //16位自动重装TMR2RLL=0XF0; //10MSTMR2RLH=0XD8;TMR3CN=0X0C; //双8位自动重装入，系统时钟1/12TMR3RLL=0XE0; //定时100usTMR3RLH=0XFF;TR0=1;TR1=1;我们把T0作为闸门定时器，T1作为对外部信号的计数器，在定时的50ms内，对外部的信号进行计数。
在制作过程中，需要定时一秒，所以要对T0进行多次计数，于是用下面的T0中断服务实现//*****T0中断服务*************************************** int j=0;TL0=0x66; //0Xb0;TH0=0x3d; //0X3c;每单位0.5微秒*50000*40fp--;if(fp) return;TR1=0;fp=T_C; //1sf=65536*f1+256*TH1+TL1;//溢出次数乘以FF加上目前计数值，即1S的计数次if(n==0){jishu[n%11]=f;}else{if(abs(jishu[n%11-1]-f)>=10){for(j=0;j<=10;j++){jishu[j]=f;}}else{jishu[n%11]=f;}}//把计数所得数分给数组各个部分易变显示3.3小数点显示电路设计小数点显示的设计，涉及到两种情况，第一，当计数值在1S内小于1000，那么计数没有四位有效数字，我们需要将数值通过添加小数点后面0的个数补为四位；第二，当计数值在1S内大于10000，那么需要提取出显示需要的四位最高位数值，并进行量程切换，因为量程有HZ，KHZ和MHZ档，故要在各个档位以四位有效数字切误差最小的数值，在MAIN里实现各个显示切换。
实现切换的子程序如下//*******************************************void get_f(float s1){int term;term=(int)(s1*10000);F_DISP[0]=term/1000%10+0x30;F_DISP[1]=term/100%10+0x30;F_DISP[2]=0x2E;F_DISP[3]=term/10%10+0x30;F_DISP[4]=term%10+0x30;}//*******************************************void get_flow(float s1){ int term;term=(int)(s1*100);F_DISPLOW[0]=term/1000%10+0x30;F_DISPLOW[1]=term/100%10+0x30;F_DISPLOW[2]=0x2E;F_DISPLOW[3]=term/10%10+0x30;F_DISPLOW[4]=term%10+0x30;}//******************************************** void tofHZ(void){F_DISPLOWHIGH[0]=f/100%10+0x30;F_DISPLOWHIGH[1]=f/10%10+0x30;F_DISPLOWHIGH[2]=f%10+0x30;F_DISPLOWHIGH[3]=0x2E;F_DISPLOWHIGH[4]=0x30;}//******************************************** void toHZ(void){F_DISPHIGH[0]=f/1000%10+0x30;F_DISPHIGH[1]=f/100%10+0x30;F_DISPHIGH[2]=f/10%10+0x30;F_DISPHIGH[3]=f%10+0x30;}//******************************************* void toKHZ(void){if(f>=10000&&f<=99999){F_DISPHIGHONE[0]=f/10000%10+0x30;F_DISPHIGHONE[1]=f/1000%10+0x30;F_DISPHIGHONE[2]=0x2E;F_DISPHIGHONE[3]=f/100%10+0x30;F_DISPHIGHONE[4]=f/10%10+0x30;}else{ F_DISPHIGHONE[0]=f/100000%10+0x30;F_DISPHIGHONE[1]=f/10000%10+0x30;F_DISPHIGHONE[2]=f/1000%10+0x30;F_DISPHIGHONE[3]=0x2E;F_DISPHIGHONE[4]=f/100%10+0x30;}}//******************************************void toMHZ(void){F_DISPHIGHTHREE[0]=f/1000000%10+0x30;F_DISPHIGHTHREE[1]=0x2E;F_DISPHIGHTHREE[2]=f/100000%10+0x30;F_DISPHIGHTHREE[3]=f/10000%10+0x30;F_DISPHIGHTHREE[4]=f/1000%10+0x30;}//********************************************第四章测试与调整4.1 硬件测试与调整（1）波形变换模块的调试由于LM324的频率限制，当输入的信号频率大于2MHz时，频率计的示数无法正确显示原始波形的频率值。
（2）频率计的调试经过测试频率测试上限可达到3MHz，且量程会随着频率值自动切换显示HZ,KHZ和MHZ，都显示四位有效数字。
4.2 软件测试与调整将所编写的程序（见附录）通过软件编译，出现错误时先在运行停顿临近处寻找错误，若查找不出，再一步步运行查找，改正错误并重新编译，编译成功后下载到实验箱进行进一步测试。
在整个设计模块中，调试是重要的步骤，也是考验人耐心的一步，只有耐心的将调试所得结果进行思考分析，然后修改程序中某些小细节，重复这些细小但又重要的步骤才能将频率计做的更精确。
4.3 整体指标测试表4-1 被测信号频率测量结果函数发生器10HZ 30HZ 100HZ 500HZ 1KHZ实际测量10.00HZ 30.00HZ 99.00HZ 499.0HZ 998.2HZ函数发生器10KHZ 500KHZ 1MHZ 2MHZ实际测量9.983KHZ 499.6KHZ 998.8K 1996K从上表中计算得到所测频率误差 0.2%，在设计指标范围内。
第五章设计小结5.1 设计任务完成情况通过老师一周的理论指导，对各个模板有了一定的了解认知。
经过小组间一星期的设计与实验，较为精确的完成了简易频率计，误差控制在0.2%。
5.2 问题及改进初步调试结果误差较大，通过修改定时器的定时参数，使得误差最后调整为0.2%，更为精确的达到了设计指标。