简易数字频率计课程设计报告
数字频率计课程设计报告
《数字频率计》技术报告一、问题的提出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，无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
而频率计则能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在生产测试中。
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。
在计量实验室中，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。
数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以由有关传感器先转变成周期变化的信号，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。
二、解决技术问题及指标要求1、技术指标被测信号：正弦波、方波或其他连续信号；采样时间：1秒（0.1秒、10秒）；显示时间：1秒（2秒、3秒．．．．．．）；LED显示；灵敏度：100mV；测量误差：±1Hz。
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。
其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。
一般T=1s，所以应要求定时器尽量输出为1s的稳定脉冲。
2、设计要求可靠性：系统准确可靠。
稳定性：灵敏度不受环境影响。
经济性：成本低。
重复性：尽量减少电路的调试点。
低功耗：功率小，持续时间长。
三、方案可行性分析（方案结构框图）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。
简易数字频率计设计-现代电子设计课程设计报告
河南科技大学课程设计说明书课程名称＿＿现代电子系统课程设计＿＿题目＿＿＿简易数字频率计设计＿＿学院＿＿＿电子信息工程学院＿＿＿班级＿电子信息科学与技术091班＿学生姓名＿＿＿＿＿李可以＿＿＿＿＿＿指导教师＿＿齐晶晶、张雷鸣＿＿＿日期2012.12.21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李可以专业班级电信科091 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，十进制数值显示。
b．被测信号为幅值1～3V的方波、脉冲信号。
c．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。
d．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．扩宽被测信号能测量正弦波、三角波。
c．其它。
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齐晶晶《现代电子系统设计》实验指导书电工电子实验教学中心 2009.8指导教师签字： 2012年 12月3日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。
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。
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。
简易数字频率计(数字电路课程设计)
数字电路课程设计报告1)设计题目简易数字频率计2)设计任务和要求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，具体指标为：1)测量范围：1H Z—9.999K H Z，闸门时间1s；10 H Z—99.99K H Z，闸门时间0.1s；100 H Z—999.9K H Z，闸门时间10ms；1 K H Z—9999K H Z，闸门时间1ms；2)显示方式：四位十进制数3)当被测信号的频率超出测量范围时,报警.3)原理电路和程序设计：（1）整体电路数显式频率计电路（2）单元电路设计；（a）时基电路信号号(b)放大逻辑电路信号通信号(c)计数、译码、驱动电路号（3）说明电路工作原理;四位数字式频率计是由一个CD4017（包含一个计数器和一个译码器）组成逻辑电路，一个555组成时基电路，一个9014形成放大电路，四个CD40110（在图中是由四个74LS48、四个74LS194、四个74LS90组成）及数码管组成。
两个CD40110串联成一个四位数的十进制计数器，与非门U1A、U1B构成计数脉冲输入电路。
当被测信号从U1A输入，经过U1A、U1B两级反相和整形后加至计数器U13的CP+，通过计数器的运算转换，将输入脉冲数转换为相应的数码显示笔段，通过数码管显示出来，范围是1—9。
当输入第十个脉冲，就通过CO输入下一个CD40110的CP+，所以此四位计数器范围为1—9999。
其中U1A与非门是一个能够控制信号是否输入的计数电路闸门，当一个输入端输入的时基信号为高电平的时候，闸门打开，信号能够通过；否则不能通过。
时基电路555与R2、R3，R4、C3组成低频多谐振荡器，产生1HZ的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。
计数公式：]3)2243[(443.1CRRRf++=来确定。
与非门U2A与CD4017组成门控电路，在测量时，当时基电路输出第一个时基脉冲并通过U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2脚输出高电平从而使得闸门打开。
数字频率计课程设计报告
数字频率计课程设计报告一、课程目标知识目标：1. 让学生理解数字频率计的基本原理，掌握频率、周期等基本概念；2. 使学生掌握数字频率计的使用方法，能够正确操作仪器进行频率测量；3. 引导学生运用已学的数学知识，对测量数据进行处理，得出正确结论。
技能目标：1. 培养学生动手操作仪器的技能，提高实验操作能力；2. 培养学生运用数学知识解决实际问题的能力，提高数据分析处理技能；3. 培养学生团队协作能力，提高实验过程中的沟通与交流技巧。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理实验的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，养成实验过程中认真观察、准确记录的好习惯；3. 引导学生认识到物理知识在实际应用中的价值，提高学以致用的意识。
课程性质：本课程为物理实验课，结合数字频率计的原理与应用，培养学生的实践操作能力和数据分析能力。
学生特点：六年级学生具备一定的物理知识和数学基础，对实验操作充满好奇，具备初步的团队合作能力。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导学生主动参与实验过程，培养其动手能力和解决问题的能力。
通过课程目标的分解，使学生在实验过程中达到预期的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 数字频率计基本原理：- 频率、周期的定义与关系；- 数字频率计的工作原理；- 数字频率计的测量方法。
2. 实验操作技能：- 数字频率计的操作步骤；- 实验过程中的注意事项；- 数据记录与处理方法。
3. 教学大纲：- 第一课时：介绍数字频率计的基本原理，让学生了解频率、周期的概念及其关系；- 第二课时：讲解数字频率计的工作原理，引导学生掌握其操作方法；- 第三课时：分组进行实验操作，让学生动手测量不同频率的信号；- 第四课时：对测量数据进行处理与分析，培养学生数据分析能力；- 第五课时：总结实验结果，讨论实验过程中遇到的问题及解决办法。
4. 教材章节：- 《物理》六年级下册：第六章《频率与波长》；- 《物理实验》六年级下册：实验八《数字频率计的使用》。
简单数字频率计1
《电工与电子技术基础》课程设计报告题目简易数字频率学院（部汽车学院专业汽车运用工程班级22021002学生姓名苏奋学号22021002186 月5 日至 6 月12 日共1 周指导教师（签字）一、课题名称与技术要求<1>名称：简单数字频率计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。
它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、三角波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。
本设计中使用的是直接测频法，即用计数器在计算1s内输入信号周期的个数；并使用了模拟软件Multisim进行仿真。
应用石英晶体振荡器构成稳定的多谐振荡器，并用74LS160和74LS161进行分频得到时基信号。
时基信号作为闸门信号来控制计数器74LS160工作，进行计数，通过译码显示电路在数码显示管上显示最终结果。
并且，时基信号还要通过555构成的单稳态触发器产生锁存信号和清零信号，锁存信号使输出稳定，清零信号清空计数器，为下次计数做准备。
当输入频率超过量程时，电路会自动报警。
关键字：直接测频法时基信号放大整形震荡分频计数锁存清零<2>主要技术指标和要求：1.被测信号的频率范围为100HZ～100KHZ2.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扩展1.被测信号的频率范围扩展到1HZ～999.9KHZ2.测量频率分为3档1HZ～9999HZ，10HZ～99.99KHZ，100HZ～999.9KHZ3.输入信号可为正弦信号、三角波信号和方波信号4.可测被测信号的周期第一章系统综述1.1总体思路对比与选择：一、总体思路：将输入信号进行放大整形之后，利用闸门信号（时基信号）对被测信号进行脉冲计数，然后通过译码显示电路进行读数。
二、实现方式：●直接计数式测频：将经过整形放大的待测信号，送入闸门信号中，在一个闸门信号周期错误！未找到引用源。
对待测信号进行计数，所得的计数值错误！未找到引用源。
简易数字频率计设计报告
根据系统设计要求， 需要实现一个 4 位十进制数字频率计， 其原理框 图如图 1 所示。
主要由脉冲发生器电路、 测频控制信号发生器电路、 待测 信号计数模块电路、 锁存器、 七段译码驱动电路及扫描显示电路等模块组 成。
由于是4位十进制数字频率计， 所以计数器CNT10需用4个，7段显示译 码器也需用4个。
频率测量的基本原理是计算每秒钟内待测信号的脉冲个 数。
为此，测频控制信号发生器 F_IN_CNT 应设置一个控制信号时钟CLK ， 一个计数使能信号输出端EN 、一个与EN 输出信号反 向的锁存输出信号 LOCK 和清零输出信号CLR 。
若CLK 的输入频率为1HZ ，则输出信号端EN 输出 一个脉宽恰好为1秒的周期信号， 可以 作为闸门信号用。
由它对频率计的 每一个计数器的使能端进行同步控制。
当EN 高电平时允许计数， 低电平时 住手计数，并保持所计的数。
在住手计数期间，锁存信号LOCK 的上跳沿 将计数器在前1秒钟的计数值锁存进4位锁存器LOCK ，由7段译码器译出 并稳定显示。
设置锁存器的好处是： 显示的数据稳定， 不会由于周期性的标准时钟 CLKEN待测信号计数电路脉冲发 生器待测信号F_INLOCK锁存与译 码显示驱 动电路测频控制信 号发生电路CLR扫描控制数码显示清零信号而不断闪烁。
锁存信号之后，清零信号CLR对计数器进行清零，为下1秒钟的计数操作作准备。
时基产生与测频时序控制电路主要产生计数允许信号EN、清零信号CLR 和锁存信号LOCK。
其VHDL 程序清单如下：--CLK_SX_CTRLLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CLK_SX_CTRL ISPORT(CLK: IN STD_LOGIC;LOCK: OUT STD_LOGIC;EN: OUT STD_LOGIC;CLR: OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ART OF CLK_SX_CTRL ISSIGNAL Q: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THENIF Q="1111"THENQ<="0000";ELSEQ<=Q+'1';END IF;END IF;EN<=NOT Q(3);LOCK<=Q(3)AND NOT(Q(2))AND Q(1);CLR<=Q(3)AND Q(2)AND NOT(Q(1));END PROCESS;END ART;测频时序控制电路：为实现系统功能,控制电路模块需输出三个信号：一是控制计数器允许对被测信号计数的信号EN；二是将前一秒计数器的计数值存入锁存的锁存信号LOCK；三是为下一个周期计数做准备的计数器清零信号CLR。
课程设计实验报告(简易频率计)
实验二：简易电子琴一、实验目的（1）学习采用状态机方法设计时序逻辑电路。
（2）掌握ispLEVER 软件的使用方法。
（3）掌握用VHDL 语言设计数字逻辑电路。
（4）掌握ISP 器件的使用。
二、实验所用器件和设备在系统可编程逻辑器件ISP1032一片示波器一台万用表或逻辑笔一只TEC-5实验系统，或TDS-2B 数字电路实验系统一台三、实验内容设计一个简易频率计，用于测量1MHz 以下数字脉冲信号的频率。
闸门只有1s 一档。
测量结果在数码管上显示出来。
不测信号脉宽。
用一片ISP芯片实现此设计，并在实验台上完成调试。
实验设计：1.产生准确闸门信号（1s）。
100kHz时钟经100K分频（一次完成），再经2分频产生方波，1s 用于计数，1s用于显示结果（及清零）；2. 利用闸门信号控制一个计数器对被测脉冲信号进行计数， 1s内计数的结果就是被测信号的频率；3.每次对被测信号计数前，自动清零；4. 计数器采用十进制；5.显示频率值上下浮动，要修改源代码。
6.数码管高低位的接线。
VHDL源代码：library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity fget isport(clk:in std_logic; --输入时钟源 bclk:in std_logic;kout:out std_logic_vector(26 downto 0));end fget;architecture top of fget iscomponent divideport(clk1:in std_logic;cl:out std_logic;co:out std_logic;ro:out std_logic);end component;component gateport(bc1:in std_logic;cl1:in std_logic;co1:in std_logic;op:out std_logic_vector(26 downto 0));end component;component saveport(op1:in std_logic_vector(26 downto 0);ro1:in std_logic;eout:out std_logic_vector(26 downto 0));end component;signal scl:std_logic;signal sco:std_logic;signal sro:std_logic;signal sop:std_logic_vector(26 downto 0);BEGINu1:divide PORT MAP(clk,scl,sco,sro);u2:gate PORT MAP(bclk,scl,sco,sop);u3:save PORT MAP(sop,sro,kout);end;--闸门模块library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity gate isport(bc1:in std_logic;cl1:in std_logic;co1:in std_logic;op:out std_logic_vector(26 downto 0) --5个8421,一个七段译码);end;architecture art2 of gate iscomponent cnt10 --十进制计数模块port(clk2:in std_logic;en:in std_logic;--使能端clr:in std_logic;--重置qout:out std_logic_vector(3 downto 0 );cout:out std_logic);end component;component seventranse --七段模块port(clk6:in std_logic_vector(3 downto 0 );op2:out std_logic_vector(6 downto 0 ));end component;signal scout1:std_logic;--输出(十进制)signal scout2:std_logic;signal scout3:std_logic;signal scout4:std_logic;signal scout5:std_logic;signal scout6:std_logic;signal qout1:std_logic_vector(3 downto 0);--8421（下同）signal qout2:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout3:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout4:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout5:std_logic_vector(3 downto 0);signal qout6:std_logic_vector(3 downto 0);signal op2: std_logic_vector(6 downto 0);--七段beginr1:cnt10 PORT MAP(bc1,co1,cl1,qout1,scout1);r2:cnt10 PORT MAP(scout1,co1,cl1,qout2,scout2);r3:cnt10 PORT MAP(scout2,co1,cl1,qout3,scout3);r4:cnt10 PORT MAP(scout3,co1,cl1,qout4,scout4);r5:cnt10 PORT MAP(scout4,co1,cl1,qout5,scout5);r6:cnt10 PORT MAP(scout5,co1,cl1,qout6,scout6);t1:seventranse PORT MAP(qout6,op2);process(co1)beginif (co1'event and co1='0') thenop<=op2&qout5&qout4&qout3&qout2&qout1;--结果显示end if;end process;end;--寄存器模块library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity save isport(op1:in std_logic_vector(26 downto 0);ro1:in std_logic;eout:out std_logic_vector(26 downto 0));end entity;architecture art4 of save issignal temp:std_logic_vector(26 downto 0);beginprocess(ro1)beginif ro1'event and ro1='1'then --上升沿判断temp<=op1;end if;eout<=temp;end process;end art4;--十进制计数器模块library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity cnt10 isport(clk2:in std_logic;en:in std_logic;clr:in std_logic;qout:out std_logic_vector(3 downto 0 );cout:out std_logic);end entity;architecture art3 of cnt10 issignal temp:std_logic_vector(3 downto 0 );beginprocess(clk2,en,clr)beginif (clr='1') then --重置时清0temp<="0000";elsif (en='1') thenif(clk2'event and clk2='1')then --上升沿判断进位if(temp="1001")thentemp<="0000";elsetemp<=temp+1;end if;end if;end if;end process;qout<=temp;cout<='1' when temp="1001" else '0';end art3;--分频模块library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity divide isport(clk1:in std_logic;cl:out std_logic;co:out std_logic;ro:out std_logic);end;architecture art1 of divide issignal preclk:std_logic;signal temp1:std_logic;signal temp2:std_logic;beginp1: process(clk1) --先进行2500分频variable count:integer range 0 to 2500;beginif clk1'event and clk1='1'thenif count=2499 thencount:=0;preclk<='1';else count:=count+1;preclk<='0';end if;end if;end process;p2: process(preclk) --依次二分频实现闸门beginif preclk'event and preclk='1'thentemp2<=not temp2;end if;end process;p3: process(temp2)variable count2:std_logic;beginif temp2'event and temp2='1'thencount2:=not count2;if count2='1'thenco<='1';temp1<='0';else co<='0';temp1<='1';end if;end if;end process;p4:process(temp2)beginif (temp1='1' and temp2='0') thencl<='1';elsecl<='0';end if;end process;ro<=temp1;end;--七段译码器模块library IEEE;use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity seventranse isport(clk6:in std_logic_vector(3 downto 0 );op2:out std_logic_vector(6 downto 0 ));end entity;architecture art5 of seventranse isbeginprocess(clk6)begincase clk6 iswhen "0000"=> op2<="1111110";when "0001"=> op2<="0110000";when "0010"=> op2<="1101101";when "0011"=> op2<="1111001";when "0100"=> op2<="0110011";when "0101"=> op2<="1011011";when "0110"=> op2<="1011111";when "0111"=> op2<="1110000";when others=> op2<="0000000";end case;end process;end art5;四、实验小结：实验要求用闸门信号控制计数器计时，于是在十进制计数器模块中添加使能信号en（en=‘1’计数器进行加1 计数，en=‘0’时计数器保持），将闸门信号作为使能信号接入，即可实现1s计数，1s显示。
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目录第一章技术指标1.1整体功能要求1.2系统结构要求1.3电气指标1.4扩展指标1.5设计条件第二章整体方案设计2.1 算法设计2.2 整体方框图及原理第三章单元电路设计3.1 时基电路设计3.2闸门电路设计3.3控制电路设计3.4 小数点显示电路设计3.5整体电路图3.6整机原件清单第四章测试与调整4.1 时基电路的调测4.2 显示电路的调测4-3 计数电路的调测4.4 控制电路的调测4.5 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心得体会附录参考文献第一章技术指标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。
其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。
2.系统结构要求数字频率计的整体结构要求如图所示。
图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。
数字频率计整体方案结构方框图3.电气指标3.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。
3.2 测量频率范围：分三档：1Hz~999Hz0.01kHz~9.99kHz0.1kHz~99.9kHz3.3 测量周期范围：1ms~1s。
3.4 测量脉宽范围：1ms~1s。
3.5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）。
3.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警.4.扩展指标要求测量频率值时，1Hz~99.9kHz的精度均为+1。
5.设计条件5.1 电源条件：+5V。
5.2 可供选择的元器件范围如下表门电路、阻容件、发光二极管和转换开关等原件自定。
第二章 整体方案设计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在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s 的闸门信号。
改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。
让被测信号送入闸门电路，当1s 闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s 闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s 内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。
测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s 内被测信号的周期量误差在10 ³量级，则要求闸门信号的精度为10 ⁴量级。
例如，当被测信号为1kHz 时，在1s 的闸门脉冲期间计数器将计数1000次，由于闸门脉冲精度为10 ⁴，闸门信号的误差不大于0.1s ，固由此造成的计数误差不会超过1，符合5*10 ³的误差要求。
进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但是相对误差仍在5*10 ³范围内。
但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为0.5Hz时其周期是2s，这时闸门脉冲仍未1s显然是不行的，故应加宽闸门脉冲宽度。
假设闸门脉冲宽度加至10s，则闸门导通期间可以计数5次，由于数值5是10s的计数结果，故在显示之间必须将计数值除以10.2.2 整体方框图及原理输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。
在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。
所以在通过整形之前通过放大衰减处理。
当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。
当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。
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。
方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。
将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。
计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。
用时间Tx来表示：Tx=NTs 式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。
时基电路：时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振荡器，其两个暂态时间分别为T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC重复周期为 T=T1+T2 。
由于被测信号范围为1Hz~1MHz，如果只采用一种闸门脉冲信号，则只能是10s脉冲宽度的闸门信号，若被测信号为较高频率，计数电路的位数要很多，而且测量时间过长会给用户带来不便，所以可将频率范围设为几档： 1Hz~999Hz档采用1s闸门脉宽；0.01kHz~9.99kHz档采用0.1s闸门脉宽；0.1kHz~99.9kHz档采用0.01s闸门脉宽。
多谐振荡器经二级10分频电路后，可提取因档位变化所需的闸门时间1ms、0.1ms、0.01ms。
闸门时间要求非常准确，它直接影响到测量精度，在要求高精度、高稳定度的场合，通常用晶体振荡器作为标准时基信号。
在实验中我们采用的就是前一种方案。
在电路中引进电位器来调节振荡器产生的频率。
使得能够产生1kHz 的信号。
这对后面的测量精度起到决定性的作用。
计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。
在计数的时候数码管不显示数字。
当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。
控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。
控制电路工作波形的示意图如图2-5.第三章单元电路设计3.1 时基电路设计图3-1 时基电路与分频电路它由两部分组成:如图3-1所示，第一部分为555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1000Hz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:f=1.43/((R1+2*R2)*C),因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取430欧姆,R3取500欧姆,电容取1uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。
在R1和R3之间接了一个10K的电位器便于在后面调节使得555能够产生非常接近1KHz的频率。
第二部分为分频电路,主要由4518组成（4518的管脚图，功能表及波形图详见附录），因为振荡器产生的是1000Hz的脉冲,也就是其周期是0.001s,而时基信号要求为0.01s、0.1s和1s。
4518为双BCD加计数器，由两个相同的同步4级计数器构成，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沿加计数，在单个运算中，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连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。
如图3-2所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。
图3-2 1kHz的方波分频后波形图3.2闸门电路设计如图3-3所示，通过74151数据选择器来选择所要的10分频、100分频和1000分频。
74151的CBA接拨盘开关来对选频进行控制。
当CBA输入001时74151输出的方波的频率是1Hz；当CBA输入010时74151输出的方波的频率是10Hz；当CBA输入011时74151输出的方波的频率是100Hz；这里我们以输出100Hz的信号为例。
分析其通过4017后出现的波形图（4017的管脚图、功能表和波形图详见附录）。
4017是5位计数器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端，时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制，INH为低电平时，计数器清零。
100Hz的方波作为4017的CP端，如图3-3，信号通过4017后，从Q1输出的信号高电平的脉宽刚好为100Hz信号的一个周期，相当于将原信号二分频。
也就是Q1的输出信号高电平持续的时间为10ms，那么这个信号可以用来导通闸门和关闭闸门。
图3-3 闸门电路图3-43.3控制电路设计通过分析我们知道控制电路这部分是本实验的最为关键和难搞的模块。
其中控制模块里面又有几个小的模块，通过控制选择所要测量的东西。
比如频率，周期，脉宽。
同时控制电路还要产生74160的清零信号，4511的锁存信号。
控制电路。
计数电路和译码显示电路详细的电路如图3-5所示。
当74153的CBA 接001、010、011的时候电路实现的是测量被测信号频率的功能。
当74153的CBA接100的时候实现的是测量被测信号周期的功能。
当74153的CBA接101的时候实现的是测量被测信号脉宽的功能。
图3-6是测试被测信号频率时的计数器CP信号波形、PT端输入波形、CLR段清零信号波形、4511锁存端波形图。
其中第一个波形是被测信号的波形图、第二个是PT端输入信号的波形图、第三个是计数器的清零信号。
第四个是锁存信号。
PT是高电平的时候计数器开始工作。
CLR为低电平的时候，计数器清零。
根据图得知在计数之前对计数器进行了清零。
根据4511（4511的管脚图和功能表详见附录）的功能表可以知道，当锁存信号为高电平的时候，4511不送数。
如果不让4511锁存的话，那么计数器输出的信号一直往数码管里送。
由于在计数，那么数码管上面一直显示数字，由于频率大，那么会发现数字一直在闪动。
那么通过锁存信号可以实现计数的时候让数码管不显示，计完数后，让数码管显示计数器计到的数字的功能。
根据图可以看到，当PT到达下降沿的时候，此时4511的LE端的输入信号也刚好到达下降沿。
图3-6 计数器CP信号波形、PT端输入波形、CLR段清零信号波形、4511锁存端波形图图3-6，是测量被测信号频率是1.1KHz的频率的图。
由于multsisim软件篇幅的关系。
时基电路产生的信号直接用信号发生器来代替。
图中电路1K的信号经过分频后选择的是100Hz的信号为基准信号。
那么这个电路实现测量频率的范围是0.01KHz~9.99KHz的信号的频率。
同时控制电路也实现了对被测信号的周期和脉宽的测量。
当CBA的取一定的值，电路实现一定的测量功能。
3.4 小数点显示电路设计在测量频率的时候，由于分3个档位，那么在不同的档的时候，小数点也要跟着显示。