简易数字显示频率计的设计
EDA简易数字频率计设计
EDA简易数字频率计设计摘要EDA（Electronic Design Automation）是电子设计自动化的缩写，是现代电子工业领域中的一种重要工具。
EDA工具可以帮助工程师完成电路设计、仿真、验证和布局等工作，从而提高设计效率和精度。
本文将介绍如何通过EDA工具设计一个简单的数字频率计。
设计原理数字频率计是一种可以实时测量电信号频率的仪器。
其工作原理是利用计数模型，通过计算信号周期数与时间，间隔测算信号频率。
本文设计的数字频率计采用2种常见的计数模型：频率分频计数和门限计数。
频率分频计数频率分频计数法是利用可编程可除模块，将输入的高频脉冲信号分频后，通过计数器来计算脉冲个数，最终计算出信号的频率。
其计数原理如下图所示：图1：频率分频计数法图1：频率分频计数法其中，n为分频系数，f为输入信号频率。
门限计数门限计数法是将输入信号经过比较门限后，产生一个矩形脉冲，再利用计数器计算脉冲个数，最终计算出信号的频率。
其计数原理如下图所示：图2：门限计数法图2：门限计数法其中，T表示输入信号周期，Δt为门限宽度。
设计流程本文采用EDA工具LTspice进行数字频率计的设计。
使用LTspice的原因是它是一款功能强大、易于学习、免费的EDA软件，广泛应用于电路设计和仿真领域。
设计流程如下：1.确定输入信号的电路参数：输入信号频率、振幅、时钟等。
2.选择计算频率的计数模型：这里采用频率分频计数和门限计数2种模型，建立计算模型电路。
3.进行仿真，测试电路的性能：可以通过分析波形图、输出计数结果等方式验证电路的正确性和有效性。
设计实例本文将以一个简单的设计实例来说明如何进行数字频率计的设计。
假设输入信号频率为1 kHz，振幅为5V，计数器工作电压为3.3V，门限计数的门限宽度为10 us，计数模型电路如下图所示：V1 IN 0 PULSE(0 5 0 10n 10n 1u 2u)R1 IN N1 50C1 N1 N2 10nD1 N2 0 DQ1 D Q3 VCC TXR2 TX N3 1megC2 N3 0 1uXU1 Q3 CLK TX DFFXU2 CLK 0 N5 D2R3 D2 N7 10kC3 N7 0 1n以上代码中，V1为输入信号源，R1和C1组成低通滤波器，滤除杂波信号，D1、Q1、R2、C2和D2构成频率分频计数器，XU1和XU2分别为D触发器和门限计数器。
简易数字频率计设计 完整版
河南科技大学课程设计说明书课程名称现代电子系统设计题目简易数字频率计设计学院＿＿电信学院＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿＿学生姓名____________________指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿日期＿＿2010-01-10＿＿＿＿＿＿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刘轮辉专业班级电信科071 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。
b．测量结果直接用十进制数值显示。
c．被测信号可以是正弦波、三角波、方波，幅值1～3V不等。
d．具有超量程警告（可以用LED灯显示，也可以用蜂鸣器报警）。
e．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．构思方案，使整形时，以实现扩宽被测信号的幅值范围。
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指导教师签字：2009年12月14日目录一、摘要 (4)二、系统方案论证 (4)2.1频率测量方案 (5)三、数字频率频率计的基本原理 (6)四、各个模块设计 (7)4、1 A/D模数转换模块 (8)4、2 比较模块 (9)4、3 频率和占空比测量模块 (10)五、各个模块仿真波形 (12)六、心得体会 (14)七、参考文献 (15)附录一 (16)附录二 (22)一.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。
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。
简单数字频率计的设计与制作
简单数字频率计的设计与制作1结构设计与方案选择1.1设计要求（1）要求用直接测量法测量输入信号的频率（2）输入信号的频率为1～9999HZ1.2设计原理及方案数字频率计是直接用十进制的数字来显示被测信号频率的一种测量装置。
它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。
所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的变化次数。
若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T（1-1）据此，设计方案框图如图1所示：图1 数字频率计组成框图图中脉冲形成的电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被。
时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为测信号的频率fＸ1s，则们控电路的输出信号持续时间亦准确的等于1s。
闸门电路由标准秒信号进行控制当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数器译码显示电路。
秒信号结束时闸门关闭，技计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计= N Hz。
数，所以被测频率fＸ被测信号f经整形电路变成计数器所要求的脉冲信号○1，其频率与被测信Ｘ号的频率相同。
时基电路提供标准时间基准信号○2，其高电平持续时间t1=1 秒，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f=NHz,如图2（a）所示，即为数字频率计的组成框图。
图2（a）数字频率计的组成框图图2（b）数字频率计的工作时序波形逻辑控制单元的作用有两个：其一，产生清零脉冲④，使计数器每次从零开始计数；其二，产生所存信号⑤，是显示器上的数字稳定不变。
这些信号之间的时序关系如图2（b）所示数字频率计由脉冲形成电路、时基电路、闸门电路、计数锁存和清零电路、译码显示电路组成。
1.3数字频率计的主要技术指标1.3.1 频率准确度:一般用相对误差来表示，本文设计的频率准确度并没有要求。
简易数字频率计的设计(可测周期等)
摘要本文对基于单片机的数字频率计系统进行了研究。
首先在绪论中介绍了本课题的课题背景、研究意义及完成的功能。
本系统是以单片机的基本语言C语言来进行软件设计，51的编程语言常用的有二种，一种是汇编语言，一种是C 语言。
汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，而C 语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且C 语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。
综合以上C 语言的优点，我在编写本系统程序时选择了C 语言。
正文中首先介绍了系统的总体设计思路，然后简单描述系统硬件工作原理，且附以系统硬件设计框图；接着具体描述了系统的软、硬件设计，仿真结果，误差分析；最后对本次设计做出了简单的总结、并且提出一些教学建议，文档还附上了本次系统设计的电路原理图、PCB图及元器件清单。
本文撰写的主导思想是软、硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块的编写。
关键词：单片机；编程；系统设计ABSTRACTIn this paper, based on single chip digital frequency meter systems were studied.First described in the introduction the subject of this topic background, research significance and complete functions. The system is based on SCM's basic language C language for software design, programming language commonly used in 51 there are two, one is in assembly language, one is the C language. Assembly language code generation highly efficient machine readable, but they are not strong, complex process that is even more difficult to read, while the C language, in most cases, the efficiency of its machine code generation and assembly language equivalent, but readable and portability is far more than assembly language, but can also be embedded in C language compilation to solve the time-sensitive nature of coding problems. To sum up the advantages of C language, I am in the preparation of the system selected C language program. First introduced the system in the body of the overall design idea, and then a brief description of system hardware works, and attached to the system hardware design block diagram; then specifically describes the system's software and hardware design, simulation results, error analysis; Finally, to make this design a simple summary, and some teaching suggestions, the document is also attached to this sub-system design, circuit schematics, PCB drawings and parts lists.This article written by the leading idea is that hardware and software combined with hardware-based, to the preparation of various functional modules.Keywords: microcontroller; programming; system design目录1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍 (4)1.1 设计课题任务 (4)1.2 功能要求说明 (4)1.3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明 (4)2 设计课题硬件系统的设计 (6)2.1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 (6)2.2 设计课题电路原理图、PCB图、元器件布局 (6)2.3 设计课题元器件清单 (6)3 设计课题软件系统的设计 (7)3.1 设计课题使用单片机资源的情况 (7)3.2 设计课题软件系统各模块功能简要介绍 (7)3.3 设计课题软件系统程序流程框图 (8)3.4 设计课题软件系统程序清单 (9)4 设计结论、仿真结果、误差分析、教学建议 (15)4.1 设计课题的设计结论及使用说明 (15)4.2 设计课题的仿真结果 (15)4.3 设计课题的误差分析 (17)4.4 设计体会 (17)4.5 教学建议 (17)参考文献 (18)鸣谢 (19)附录1：元器件清单 (20)附录2：电路原理图 (21)附录3：元器件布局图 (22)附录4： PCB图 (23)1 设计课题任务、功能要求说明及总体方案介绍1.1 课题设计任务设计一个能够测量矩形波信号的频率、周期、脉宽、占空比的频率计。
频率计
A 简易数字频率计一、设计任务：设计并制作一台数字显示的简易频率计。
二、设计要求：1、基本要求：（1）频率测量测量范围：1H Z~1MH Z，信号为方波、正弦波；幅度为0.1V~5V；测量误差：≤0.1%（以实验室标准频率计为准）。
（2）周期测量测量范围：1H Z~1MH Z，信号为方波、正弦波；幅度为0.1V~5V；测量误差：，≤0.1%（以实验室标准频率计为准）。
（3）脉冲宽度测量：测量范围：脉冲宽度不超过100μS，信号为脉冲波，幅度为0.1V~5V；测量误差：≤0.1%。
（4）显示器十进制数字显示，显示刷新时间1S~10S连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。
（5）具有自校功能，时标信号频率为1MH Z。
（6）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
2、发挥部分（1）扩展频率测量范围；（2）测量并显示周期脉冲信号（频率1H Z~10KH Z，幅度0.1V~5V）的占空比，占空比变化范围为（10%~90%），占空比测量误差≤0.1%；（3）在1H Z~1MH Z范围内及误差≤0.1%的条件下，进行小信号的频率测量，提出并实现抗干扰的措施，提高灵敏度。
三、评分意见B 高保真功率放大器一、设计任务设计并制作一台高保真功率放大器。
二、设计要求1、基本要求（1）最大正弦波输出功率P OM≥20W（R L＝8Ω），（2）频率响应5H Z～100KH Z（-3dB），（3）闭环电压增益A VF≥26dB，（4）绝对噪声电压V N≤2mV，（5）信噪比S / N>80dB，（6）非线性失真系数 ≤0。
05％，（7）瞬态响应输入频率为1H Z的方波时，输出波形无阻尼振荡。
输入频率为1KH Z的方波（满功率输出）时，输出方波过冲≤2％，顶部斜降≤2％，上升沿时间和下降沿时间≤5μS；2、发挥部分（1）制作一个测试用的频率为1H Z的方波信号发生器，要求输出方波过冲≤1％，顶部斜降≤1％，上升沿时间和下降沿时间≤2μS；（2）制作一个测试用的频率为1KH Z的方波信号发生器，要求输出方波过冲≤1％，顶部斜降≤1％，上升沿时间和下降沿时间≤2μS；（3）提高功率放大器的静态指标（如减小非线性失真，提高信噪比，展宽通频带等）；（4）扩展功率放大器的实用功能（如增加功放保护电路、增加输出电平显示、增加音调控制电路等）。
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。
基于multisim数字频率计设计
基于multisim数字频率计设计
在Multisim中设计数字频率计（Digital Frequency Counter），可以使用计数器和时钟信号来实现频率测量。
下面是一种基本的设计方法：
打开Multisim软件并创建一个新的电路设计。
从元件库中选择一个计数器元件（如74LS90或74HC161），将其放置在工作区中。
从元件库中选择一个时钟源元件（如信号发生器），将其放置在工作区中。
连接时钟源元件的输出端口到计数器元件的时钟输入端口。
根据计数器元件的位数，选择需要读取的输出位（如4位或8位），并连接到合适的显示元件（如7段数码管或LED灯）。
连接电源和接地。
配置时钟源元件的频率，以模拟待测信号的频率。
运行电路模拟，并观察数码管或LED灯上显示的计数值。
根据计数值和计数时间，可以通过简单的计算得到频率值。
这是一个简单的数字频率计的设计示例。
具体的设计过程和连接方式可能因使用的元件型号和Multisim版本而有所不同。
根据具体需求，您可以进行进一步的调整和改进，例如添加显示切换按钮、改
善精度和稳定性等。
请注意，这只是一个基本的设计示例，实际设计中可能需要考虑更多因素，如输入信号的幅值范围、滤波和抗干扰能力等。
根据具体需求，可能需要使用更复杂的电路和元件。
建议在设计和实施之前进行充分的研究和验证。
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简易数字显示频率计的设计
摘要：本文应用NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路，实现可测量1HZ-99HZ这个频段的数字频率计数器。
关键词：脉冲；频率；计数；控制
1 引言
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得很重要。
测量频率的方法有很多,其中电子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。
2 电子计数器测频方法
电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。
数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。
如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。
因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
3 简易数字频率计电路组成框图
本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路。
从单元电路的功能进行划分，该频率计由四大模块组成，分别是电源电路、时钟电路（闸门）、计数译码显示电路、控制电路（被测信号输入电路、锁存及清零）。
电路结构如图1所示。
图1 简易数字频率计电路组成框图
4 单元模块电路设计
4.1电源电路
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。
小功率的稳压电源的组成如图2所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
图2 电源电路
220V市电经220V/12V变压器T降压，二极管桥式整流电路整流，1000uF电容滤波后送人7809的输入端（1脚）。
7809的第二脚接地，第三脚输出稳压的直流电压，C7、C8是为了进一步改变输出电压的纹波。
红色发光管LED指示电源的工作状态，R9为LED的限流电阻，取值为5.1K。
4.2 时钟电路
电路如图3所示，由NE555构成的多谐振电路，3脚输出振荡脉冲，其中LED为黄色发光二极管，R1为5.1K，R2为1K，R3为10K，C1,C5为100UF,C4为0.01UF，C2为1000PF,R PE 选取10K。
图3 时钟电路
4.3计数、显示电路
电路中，CD40110是集十进制加减计数、译码、锁存、驱动于一体的集成电路。
CP U为加法输入端，当有脉冲输入时，计数器做加法计数；CP D为减法输入端，当有脉冲输入时，计数器做减法计数。
Q CO为进位输出端，计数器做加法时，每计满10数后其输出一个脉冲；Q BO为借位输出端，计数器做减法时，每计满10数后其输出一个脉冲。
该频率计电路使用CP U输入端，在第10个脉冲信号输入时，Q CO输出的进位脉冲作为计数脉冲送到高位计数器的CP U输入端。
5脚R端为计数器的清零端，当此脚加上高电平信号时，计数器的输出状态为零，并使相应的数码管显示0。
4.4 被测信号输入电路
NE555等构成频率为1Hz的振荡信号，由其3脚输出经非门反相后，作为控制信号加到CD4017的CP输入端，产生时序控制信号，从而实现1s内的脉冲计数（即频率检测）、数值保持及自动清零。
从图4中可以看出，当非门输出端输出第一个高电平脉冲时，这个脉冲使得CD4017的Q1输出端由低电平变为高电平；在CD4017的CP输入端输入的第二个脉冲信号到来之前，Q1将一直保持高电平状态。
在Q1输出高电平时,由CD4011组成的“与”门控制电路打开，从USB与非门的另一端输入的被测脉冲信号就可以通过“与”门控制电路，进入到CD40110的CPu输入端，进行脉冲计数。
通过调节电位器调整NE555的振荡频率，使得Q1输出高电平的持续时间为1s，那么在1s内的计数累计的计数脉冲个数，即为被测信号的频率。
4.5频率显示电路
当USA与非门输出第二个脉冲信号时，CD4017的Q1输出端由高电平变为低电平，Q2输出端由低电平变为高电平。
Q1输出端的低电平使“与”门控制电路关闭，此时由F2的另一脚输入的被测信号就不能通过，计数器不工作。
因此，当第二个脉冲出现时，数显计数器停止计数。
在第三个脉冲到来之前，Q2输入端保持高电平，此高电平持续时间（1s）即为数值保持时间，可在1s内读取被测信号的频率显示值。
4.6计数及显示清零电路
当第三个脉冲来到时，Q2端变为低电平，Q3端输出高电平，但是由于Q3端与CD4017清零端Cr相连接，这个高电平信号使CD4017清零，Q1,Q2,Q3端全变为低电平。
CD4017的Q3输出端出现的瞬时高电平信号通过二极管加到CD40110的清零端R，使计数器及数显清零，以便下次重新计数。
图4 频率计整机电路原理图
5 结论
从电路的工作原理可以以看出，本电路介绍的频率计的检测周期为3s，每检测一次，计数器累计时间1s，数据保持1s，清零后又保持1s，然后又开始计数、保持、清零的循环。
如果感到数值保持时间过短，读数取值不方便时，可将CD4017的Q3输出端与Cr断开，使Q4与Cr清零端相连，这样数据保持时间就变为2s。
本简易数字显示频率计的设计目的是为了数字电路教学使用，使学生能够灵活使用各类常见集成电路，掌握较复杂电路的设计步骤，在频率测量上难免有很多缺陷。
参考文献
【1】王港元.电工电子实践指导.江西科学技术出版社,2005;
【2】闫石.数字电子技术基础.高等教育出版社,2003;
【2】王雅芳.protel99se电路设计与制版入门与提高.机械工业出版社,2011;
The design of the simple frequency meter with digital display
Abstracts: In this paper,the digital frequency consists of NE555 clock circuit, the 7809 regulated power supply circuit, the CD4017 control circuit, the CD40110 counting latch decoding circuit and the digital tube display circuit.It can measure the frequency of 1HZ-99HZ.
Key words: Pulse, frequency ,counting, control。