数字频率计电路原理图
数字频率计逻辑电路设计
课题三数字频率计逻辑电路设计一﹑简述在进行模拟﹑数字电路的设计﹑安装和调试过程中，经常要用到数字频率计。
数字频率计实际上就是一个脉冲计数器，即在单位时间里（如1秒）所统计的脉冲个数，如图3.1计数时序波形图所示。
频率数即为在1秒内通过与门的脉冲个数。
图3.1(a)门控计数图3.1(b)门控序列通常频率计是由输入整形电路﹑时钟振荡器﹑分频器﹑量程选择开关﹑计数器﹑显示器等组成。
如图3.2所示。
图3.2 方框图图3.2中，由于计数信号必须为方波信号，所以要用史密特触发器对输入波形进行整形，分频器输出的信号必须为1Hz，即脉冲宽度为1秒，这个秒脉冲加到与门上，就能检测到待测信号在1秒内通过与门的个数。
脉冲个数由计数器计数，结果由七段显示器显示。
二﹑设计任务和要求设计一个八位的频率计数器逻辑控制线路，具体任务和要求如下：1. 八位十进制数字显示。
2. 测显范围为1Hz~10MHz。
3. 量程分为四档，分别为*1000﹑*100﹑*10﹑*1。
三﹑可选用器材1. NET系列数字电子技术实验系统2. 直流稳压电源3. 集成电路：频率计数器专用芯片ICM7216B，74LS93，74LS123，74LS390，7555及门电路4. 晶振：8MHz，10MHz5. 数显：CL102，CL002，LC5011—116. 电阻﹑电容等四﹑设计方案提示数字频率计可分为三部分进行考虑：1. 计数﹑译码﹑显示这一部分是频率计数器不可少的。
即外部整形后的脉冲。
通过计数器在单位时间里进行计数﹑译码和显示。
计数器选用十进制的中规模（TTL/CMOS）集成计数器均可，译码显示可采用共阴或共阳的配套器件。
例如计数器选用74LS161，译码器为74LS248，数显器为LC5011—11。
也可选用四合一计数﹑寄存﹑译码﹑显示CL102或专用大规模频率计数器ICM7216芯片等。
中规模组成的计数﹑译码显示和四合一的数显。
我们在基本实验和前几个课题中都已使用过，使用时，可参阅有关章节。
频率计设计
频率计的设计内容介绍：数字频率计是用来测量信号频率的装置。
它可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率。
在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试的过程中，经常要用到频率计。
由于其用十进制数显示，测量速度快、精度高、显示直观，因此频率计得到广泛的应用。
一、设计内容及技术指标设计内容：设计用四只数码管显示结果的数字频率计。
技术指标：1、测量信号：正弦波、方波、三角波2、被测量信号频率范围：1HZ—9999HZ3、显示方式：4位十进制数显示4、时基电路由555定时器组成多谐振荡器产生的时基信号，其脉冲宽度分别为：正脉冲 1S，负脉冲0.25S二、电路原理及框图数字频率计测频率的基本原理：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：f=N/T (1)图1（a）是数字频率计的组成框图。
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，其高电平持续时间t1=1s，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=NHz。
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。
各信号之间的时序关系如图1（b）所示。
I所谓频率，就是周期性信号的在单位时间（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：T N f = （2.2.1）上图是数字频率计的结构框图。
被测信号X V 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x f 相同。
时基电路提供标准时间基准信号II ，其高电平持续的时间s t 11=,当s 1信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到s 1信号结束时闸门关闭，停止计数。
【精品】数字频率计电路原理图闸门控制电路幻灯片
数字频率计原理框图
计数器直接测频的误差主要有两项：即±1 误 差和标准频率误差。一般，总误差可采用分项 误差绝对值合成
测量低频时，由于±1 误差产生的测频误差大 得惊人，例如，fx=10Hz,T=1s,±1误差引起的 测频误差可达成10%，所以，测量低频时不宜采 用直接测频方法。
4.3 电子计数器测量周期
1、电子计数器测周期原理 将测频电路中晶振标准频率信号和输入被测信 号的位置对调而构成的。
其时间关系如图5.40 所示。在一个循环中，清零和计 数的时间一共只有1s多，而显示时间将近7s，可以方便 的读取数据。
门控电路输出波形
1.频域方法
(1)频域方法是建立在离散傅里叶变换（DFT） 基础之上的，为测得信号频率值，先采用离 散傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（F FT）将离散时间信号转换为离散频率信号， 然后根据峰值谱线的位置确定频率。
要产生测频误差。闸门信号T是由晶振信号分频而
得。设晶振频率为fc。(周期为Tc)，分频系数为m，
所以有
TkTC
k fC
TkfC k fC TfC
fC2
fC fC
fC
[Td
k fC
kd
1 fCdfC
kdfC fC2
kfC] fC2
T fC
T
fC
（2）测频总误差
fX
1
fC
fX TfX fC
数字频率计有电路图
程设计 院
课程名称： 单片机原理及应用课
系 部： 电气与信息工程学
专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 报告成绩：
评阅意见： 评阅教师 日期 Nhomakorabea目录
摘要 ABSTRACT 第一章 引言
1.1选题的目的意义 第二章 方案设计
2.1方案比较 2.2方案论证 2.3方案选择 第三章 系统硬件设计 3.1数字频率计的工作原理
频率测试是电子学中最基本的测量之一。 数字频率计是计算机、 通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种 用十进制数字，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，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在 进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制 数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率 计。
方案二：本方案使用大量的数字器件，被测信号经放大整形电路变 成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被侧信号的频率相同。同时时基 电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间1s，当1s信号来到时， 闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s信号结束 闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N， 则被测信号频率Fx = NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存 脉冲，是显示器上的数字稳定；二是产生清零脉冲，使计数器每次测量 从零开始计数。
逻辑控制电路
时基电路
放大整形电路 闸门电路 计数器 锁存器 译码显示器
图2.2 方案二原理框图
2.2方案论证
方案一：本方案主要以单片机为核心，被测信号先进入信号放大电 路进行放大，再被送到波形整形电路整形，把被测的正弦波或者三角波 整形为方波。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计
数字频率计
数字频率计信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为技术其所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。
技术其所记录的结果，就是被测信号的频率。
如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。
测量频率的基本方法有两种：计数法和计时法，或称测频法和测周期法。
计数法是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为T，计数器得到的计数值为N1，则被测频率为f=N1/T。
改变时间T，则可改变测量频率范围。
如图1-1所示。
设在T期间，计数器的精确计数值应为N,根据计数器的计数特性可知，N1的绝对误差是N1=N+1,N1的相对误差为δN1=(N1-N)/N=1/N。
由N1的相对误差可知，N的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。
因此，在f以确定的条件下，为减少N的相对误差，可通过增大T的方法来降低测量误差。
当T为某确定值时（通常取1s），则有f1=N1,而f=N，故有f1的相对误差：δf1=(f1-f)/f=1/f从上式可知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。
因此测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。
计时法又称为测周期法，测周期法使用被测信号来控制闸门的开闭，而将标准时基脉冲通过闸门加到计数器，闸门在外信号的一个周期内打开，这样计数器得到的计数值就是标准时基脉冲外信号的周期值，然后求周期值的倒数，就得到所测频率值。
首先把被测信号通过二分频，获得一个高电平时间是一个信号周期T的方波信号；然后用一个一直周期T1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T1信号进行计数，如图1-2所示。
图2-2计时法测量原理图1-2计时法测量原理若在T时间内的计数值为N2,则有：T2=N2*T1f2=1/T2=1/(N2*T1)=f1/N2N2的绝对误差为N2=N+1。
数字频率计的基本原理
数字频率计的基来源根基理之宇文皓月创作设计并制作出一种数字频率计，其技术指标如下：1．频率丈量范围： 10 ～ 9999Hz 。
2．输入信号波形：任意周期信号。
输入电压幅度 >300mV 。
3．电源： 220V 、 50Hz4. 系统框图从数字频率计的基来源根基理出发，根据设计要求，得到如图1所示的电路框图。
图1 数字频率计框图下面介绍框图中各部分的功能及实现方法（1）电源与整流稳压电路框图中的电源采取50Hz的交流市电。
市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。
系统对电源的要求不高，可以采取串联式稳压电源电路来实现。
（2）全波整流与波形整形电路本频率计采取市电频率作为尺度频率，以获得稳定的基准时间。
按国家尺度，市电的频率漂移不克不及超出0.5Hz，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，得到如图2（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，使之成为如图2(b)所示100Hz的矩形波。
波形整形可以采取过零触发电路将全波整流波形变成矩形波，也可采取施密特触发器进行整形。
图2 全波整流与波形整形电路的输出波形（3）分频器分频器的作用是为了获得1S的尺度时间。
电路首先对图2所示的100Hz信号进行100分频得到如图3（a）所示周期为1S 的脉冲信号。
然后再进行二分频得到如图3（b）所示占空比为50％脉冲宽度为1S的方波信号，由此获得丈量频率的基准时间。
利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。
图3 分频器的输出波形分频器可以采取教材中介绍过的方法，由计数器通过计数获得。
二分频可以采取触发器来实现。
（4）信号放大、波形整形电路为了能丈量分歧电平值与波形的周期信号的频率，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此外脉冲信号。
信号放大与波形整形电路的作用即在于此。
数字频率计电路
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被测信号经过放大，整形电路将其转换成同频率的脉动信号，送入计数器进行计数，闸门的一个输入信号是秒脉冲发出的标准脉冲信号，秒脉冲信号源含有个高稳定的石英振荡器和一个多级分频器共同决定，其时间是相当精确的，计数器显示电路采用七段共阴极LED数码管。
图 2-1 方案一框架图方案二：本方案采用单片机程序处理输入信号并且将结果直接送往LED显示，为了提高系统的稳定性，输入信号前进行放大整形，在通过A/D转换器输入单片机系统，采用这种方法可大大提高测试频率的精度和灵活性，并且能极大的减少外部干扰，采用VDHL编程设计实现的数字频率计，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。
但采用这种方案相对设计复杂度将会大大提高并且采用单片机系统成本也会大大提高。
图2-2 方案二框架图方案三:采用频率计专用模块,即大规模集成电路将计数器、锁存器、译码、位和段驱动，量程及小数点选择等电路集成在一块芯片中，该方案在技术上是可行的，可以简化电路的设计，当对于设计要求中的某些指标，采用专用模块来完成比较困难，即扩展极为不便。
图2-3 方案三框架图2.1.2方案的的比较方案一：具有设计复杂度小、电路简洁、功能实用且成本低廉等特点，其稳定性较好基本能满足设计要求。
方案二：采用单片机处理能较高要求，但成本提高且设计复杂，虽然可以达到很高的精度要求，但是，VHDL编程语言是我们在学习过程中没有接触过的，短期内也很难掌握并且熟练运用。
低频数字频率计设计仿真电路图及报告
数字频率计设计报告一内容提要: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.它的基本功能是测量正弦信号.方波信号,尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量.本文粗略讲述了我在本次实习中的整个设计过程及收获。
二设计内容及要求:要求设计一个简易的数字频率计，其信号是给定的脉冲信号，是比较稳定的。
1.测量信号:方波；2.测量频率范围: 1Hz~999Hz ;3.显示方式: 3位十进制数显示;4.时基电路由 555 定时器产生；三设计思路及原理:数字频率计由四部分组成：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。
由555 定时器,分级分频系统及门控制电路得到具有固定宽度T的方波脉冲做门控制信号,时间基准T称为闸门时间.宽度为T的方波脉冲控制闸门的一个输入端B.被测信号频率为fx,周期Tx.到闸门另一输入端A.当门控制电路的信号到来后,闸门开启,周期为Tx的信号脉冲和周期为T的门控制信号结束时过闸门,于输出端 C 产生脉冲信号到计数器,计数器开始工作,直到门控信号结束,闸门关闭.单稳1的暂态送入锁存器的使能端,锁存器将计数结果锁存,计数器停止计数并被单稳2暂态清零. (简单地说就是:在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启,计数器开始计数,在同一脉冲的下降沿到来时,闸门关闭,计数器停止计数.同时,锁存器产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁存,并把锁存结果输送到译码器来控制七段显示器,这样就可以得到被测信号的数字显示的频率.而在锁存信号的下降沿到来时逻辑控制电路产生一个清零信号将计数器清零,为下一次测量做准备,实现了可重复使用,避免两次测量结果相加使结果产生错误.) 若T=1s,计数器显示fx=N(T时间内的通过闸门信号脉冲个数) 若T=0.1s,通过闸门脉冲个数位N时,fx=10N,(闸门时间为0.1s时通过闸门的脉冲个数).也就是说,被测信号的频率计算公式是fx=N/T.由此可见,闸门时间决定量程,可以通过闸门时基选择开关,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.被测信号频率通过计数锁存可直接从计数显示器上读出.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.因此,可得出数字频率计的原理框图如下:四:设计分析1.时基电路其基本电路图如左:I555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1S高电平的脉冲.振荡器的频率计算公式为:T1=（R30+R31）*C*ln2,因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R30取30k欧姆,R31取10k欧姆,电容取47uF.这样我们得到了比较稳定的一秒时基信号。