数字频率计电路设计与分析
东华大学数电实验-数字频率计报告
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电气指标第二章设计原理分析2.1 测频方法分析2.2 低频信号的周期测量方法2.3 整体设计过程第三章单元电路设计3.1 测频采样定时信号及测周时基信号产生3.2计数，锁存和显示3.3控制信号产生3.4 信号选择及量切换控制3.5自校调试信号产生3.6整体电路图第四章测试与调整4.1测频采样电路的调测4.2计数，锁存和显示电路的调测4.3控制信号电路的调测4.4 信号选择及量切换电路的调测4.5测试方法步骤、记录的数据4.6整体电路图第五章设计小结参考文献第一章技术指标1.整体功能要求要求设计一个测量TTL方波信号频率或周期的数字系统。
用按键选择测量信号频率或周期。
测量值采用4个LED七段数码管显示，并以发光二极管指示测量对象：频率（周期）以及测量值的单位：Hz(s)、KHz(ms)。
频率和周期的测量范围都有4档量程。
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，若测量频率则进一步选择档位。
3.电气指标3.1被测信号波形：矩形波。
3.2 测量频率范围：0.1Hz~999.9KHz,分4档：第一档：100.1Hz~999.9Hz第二档：1.000kHz~9.999kHz第三档：10.00kHz~99.99kHz第四档：100.0kHz~999.9kHz3.3 测量周期范围：0.1ｕs~999.9ms第一档：1.000ms~9.999ms第二档：10.00ms~99.99ms第三档：100.0ms~999.9m第四档：1.000s~9.999s3.4 测量结果显示4位有效数字，测量精度为万分之一。
3.5 量程切换可以采用两个按键手动切换或由电路控制自动切换。
3.6 设计一个周期性方波电路输出频率/周期计调试所需的信号。
输出信号的频率范围与测量范围相同，分为四个量程。
数字频率计设计(PCB图+电路图+源程序)-课程设计
数字频率计设计(PCB图+电路图+源程序)-课程设计数字频率计设计开题报告选题意义及国内外发展状况本课题主要研究如何用单片机来设计数字频率计。
因为在电子技术中，频率的测量十分重要，这就要求频率计要不断的提高其测量的精度和速度。
在科技以日新月异的速度向前发展，经济全球一体化的社会中，简洁、高效、经济成为人们办事的一大宗旨。
在电子技术中这一点表现的尤为突出，人们在设计电路时, 都趋向于用尽可能少的硬件来实现, 并且尽力把以前由硬件实现的功能部分, 通过软件来解决。
因为软件实现比硬件实现具有易修改的优点, 如简单地修改几行源代码就比在印制电路板上改变几条连线要容易得多, 故基于微处理器的电路往往比传统的电路设计具有更大的灵活性。
单片机就属于这一类设计电路，单片机因其功能独特和廉价已在全球有数???千种成功的范例, 在国内也开发出了充电器、空调控制器、电子定时器、汽车防盗器、卫星接收机以及各种智能仪表等实用产品。
频率计也是单片机的一种很重要的应用, 价格低廉且具有实际意义。
虽然使用逻辑分析仪也可以很好的测量信号的频率等参数，但其价格太昂贵。
实现测量的数字化、自动化、智能化已成为各类仪表设计的方向，而由单片机控制的、全自动的、数字显示的频率计就符合这一设计理念。
说到用单片机设计的频率计，这里说一下单片频率计ICM7216D。
单片频率计ICM7216D是美国Intersil公司首先研制的专用测频大规模集成芯片。
它是标准的28引脚的双列直插式集成电路，采用单一的+5V稳压电源工作。
它内含高频振荡器、10进制计数器、7段译码器、位多路复用器、能够直接驱动LED显示器的8段段码驱动器、8位位码驱动器。
其基本的测频范围为DC至10MHz，若加预置的分频电路，则上限频率可达40MHz或100MHz，单片频率计ICM7216D只要加上晶振、量程选择、LED显示器等少数器件即可构成一个DC至40MHz的微型频率计，可用于频率测量、机械转速测量等方面的应用。
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。
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。
数字频率计的设计实验报告
数字频率计的设计实验报告实验名称：数字频率计的设计实验日期：2021年7月1日实验目的：设计并实现一个基于计数器的数字频率计，使用计数器测量输入信号的频率，并将结果显示在数码管上。
实验器材：FPGA开发板、数字频率计模块、计数器模块、数码管模块。
实验原理：1. 计数器模块设计一个计数器模块，用于计数示波器输入脉冲信号的时间。
计数器的计数时间可以根据需要进行调整。
2. 数字频率计模块设计一个数字频率计模块，用于将计数器的计数时间转换为输入信号的频率。
通过计算计数器的计数值来计算频率，并将结果显示在数码管上。
3. 数码管模块设计一个数码管模块，用于将数字频率计模块计算出的频率值转换为可以在数码管上显示的数码。
实验步骤：1. 搭建实验电路将FPGA开发板连接到计数器模块、数字频率计模块和数码管模块。
2. 编写Verilog代码根据上述原理，编写计数器模块、数字频率计模块和数码管模块的Verilog代码。
3. 编译代码并下载到FPGA开发板使用Xilinx Vivado软件将Verilog代码编译成比特流文件，并将比特流文件下载到FPGA开发板中。
4. 测试实验将示波器的输出信号连接到数字频率计的输入端，并将数字频率计连接到数码管。
通过计算数字频率计的输出，验证数字频率计的测量准确性。
实验结果：经过测试，数字频率计的测量准确度在实验误差范围内。
输入不同频率的信号时，数码管能够正确显示频率值。
实验总结：通过本次实验，成功设计并实现了一个基于计数器的数字频率计。
该实验不仅巩固了计数器、数码管等模块的设计知识，也提高了学生的Verilog编程能力。
在实验中，学生还学习了如何使用FPGA开发板进行数字电路实验，以及测试和验证数字电路的方法和技巧。
数字频率计设计报告
（1）四个段寄存器：代码段寄存器、数据段寄存器、附加段寄存器、堆栈段寄存器；
（2）指令指针寄存器；
数字频率计设计报告
一、设计要求
近年来，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，因此频率的测量就显得更为重要。
本设计实现一个由微机控制的数字频率计。具体要求如下：
1.能测量1Hz—10MHz频率范围的矩形和正弦波的频率或周期。
2.在全频率范围内测量误差≤0.1%。
3.以十进制数字显示出被测信号的频率或周期。
二、设计目的
1.进一步掌握8253、8255A的原理及应用方法。
2.熟悉数字频率计的测量原理与实现方法。
3.掌握微机化数字频率计的设计电路。
三、设计的具体实现
3.1系统概述
1.数字频率计的基本原理
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。
图1中S1为一个三刀双掷开关，置于0时为高频挡，按频率测量法测量高频信号；置于1时为低频挡，按周期测量法测量低频信号。S2和S3分别为高频和低频分档开关。S2置于0和1时，分别对应于500KHz—5MHz频段和5MHz—10MHz频段；S3置于0和1时，分别对应于1Hz—100KHz频段和100KHz—500KHz频段。
（2）写入计数值。
若规定只写低8位，则写入的为计数值的低8位，高8位自动置0；若规定只写高8位，则写入的为计数值的高8位，低8位自动置0；若是16位计数值，则分两次写入，先写入低8位，再写入高8位。
数字频率计电路设计
数字频率计电路设计摘要:在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。
在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。
在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种多的产品，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，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，频率的测量就显得更为重要。
本课题主要选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易数字频率计，以触发器和计数器为核心，由信号输入、隔直，触发、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；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，计算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。
设计中采用了模块化设计方法，采用适当的放大和整形，提高了测量频率的范围。
关键词:集成电路；译码电路；计数电路The frequency of digital circuit designAbstract: In digital circuits, digital frequency meter belongs to and it mainly consists of sequential circuits with function of memory flip-flop constitutes. In computer and various digital instrument have been widely used. In CMOS circuit series products, digital frequency meter is the most consumable, many varieties products, is a computer, communication equipment, audio video etc scientific research production field indispensable measuring instrument, and with many electric parameter measurement system, measurement results are very close relations, and therefore, frequency measurement becomes even more important.This topic is choose with integrated chips as the core component, designs a simple digital frequency gauge to trigger and counter as the core, the signal input, lie between straight, triggering, counting, data processing and data display function module. Enlarge integer circuit: to be measured signal pretreatment; Counter decoder circuit: count decode integration on a single chip, plan time unit, the decimal counter pulse number count the results translated into BCD; Display: put BCD in digital tube displayed decoding. Design using modular design method, the adoption of appropriate amplifier and plastic and improve the measuring range of frequencies.Keywords: integrated circuits ；decode circuit ；counting circuit目录1概述 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2课题研究意义 (1)2整体方案设计（测量频率的方案设计） (1)3主要元器件介绍 (2)3.1 CC4518 (2)3.2 CC4553 (3)3.3 CC4013 (4)3.4 CC4011 (5)3.5 CC4069 (6)3.6 CC4001 (7)3.7 CC4071 (8)4设计任务和要求 (9)5 数字频率计工作原理 (10)6 有关单元电路的设计及工作原理 (11)6.1控制电路 (11)6.2微分、整形电路 (12)6.3延时电路 (12)6.4自动清零电路 (13)7 PCB板的制作 (13)7.1 PCB板设计的设计原则 (14)7.1.1布局 (14)7.1.2布线 (14)7.1.3焊盘 (14)7.2 PCB板电路抗干扰措施 (15)7.2.1电源线设计 (15)7.2.2地线设计 (15)7.3制板 (15)7.4焊接的基本常知识 (15)7.5元器件的安装 (16)8组装和调试 (17)总结与体会 (17)参考文献 (19)谢辞 (21)附录一 (23)附录二 (23)附录三 (23)1 概述1.1 课题研究背景数字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的历史，早期设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量的精度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要依据[1]。
数字频率计设计实验报告
数字频率计设计实验报告1.实验目的本实验旨在通过设计数字频率计的电路，使学生掌握数字电路的设计与运用，加深对计数器、分频器等数字电路的理解，同时熟悉数字电路及测量方法。
2.实验原理数字频率计的原理基于时间测量，将待测信号的周期或频率转化为时间或计数值，再转化为显示在数码管上的频率或周期。
其电路主要由时基、型切换及显示部分组成。
时基部分是实现数字频率计最核心的部分，具有准确的定频测量功能。
根据时基频率的稳定性，数字频率计还可分为光学时基式和晶体时基式，后者是目前数字频率计设计中较为主流和有效的方案。
型切换部分是将输入信号的周期或频率转化为电平，经一个比较器进行比较，输出脉冲后送到后端的计数器。
可分为一级型切换和两级型切换，一级型切换分频系数较小，能测量的频率范围较宽，但精度相对较低；两级型切换分频系数较多，能够实现更高的精度，但测量范围相对较窄。
显示部分主要由解码器、数码管、驱动器等构成，将计数器输出的数字部分经过解码器解码，以驱动数码管显示实际测量结果。
3.实验内容3.1电路设计本实验按照晶体时基式数字频率计的设计原理，设计一个简单的频率计电路。
时基部分采用简单的晶体振荡器电路，输入3V的电源电压，晶体振荡频率为6M，采用CD4066B型CMOS开关实现时填充寄存器与计数控制部分的切换。
型切换部分采用两级型切换，以加强精度，输入信号经过第一级分频后送到S1端，S1端接CD4066B的开关控制引脚，在S1位置上的6dB衰减电阻衰减输入信号再经过第二级分频后进入计数控制部分。
显示部分采用三片74LS47数码管显示器驱动芯片将数码转移至共阴数码管，选用CD4052B组成的位选开关循环驱动数码管。
3.2电路测试将方法频率计电路搭建完成后，接通电源，输入300Hz、3kHz、30kHz和300kHz的信号，观察数码管的测量结果。
并与示波器进行对比，计算相对误差。
4.实验结果通过实验测试，本设计可以稳定地测量300Hz至300kHz范围内的信号频率，并且测量误差相对较小。
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置 零 电路单元 主要 由集成 电路 Ｉ Ｃ ２
（ ４ ５ ２ ８ ）和Ｒ ２ 、Ｃ ２ 等组 成 。该 电路 是 利 用 脉 冲的上升沿进 行触发 的单稳态 电路，
和Ｂ 的输 入 端 分 别 短接 ， 电路 成 为 反 相 Ｒ 、ｃ ） ｋ 小决 定置 零 脉 冲 的宽度 ，置零 脉 冲 分 。具 体来 说 ，数 字频 率 计 必须 具 备 以下 Ａ
打 开 ，波 形输 出与输 入 相位 一 致 ，能 够传
递 到计 数器 。 ３ ）控 制 定时 器 控 制 定 时 器 单 元 是 由集 成 电路 ４ ５ ４ ｌ 和Ｒ １ 、Ｒ Ｐ １ 、Ｃ １ 组 成 。 该 电路 输 出一 周 期 为２ ｓ（ Ｔ Ｈ ￣ Ｈ Ｔ Ｌ 各为 １ Ｓ ） 的方波 波 形 ， 电路 主要 由Ｒ １ 、Ｒ Ｐ １ 、ｃ １ 选 频 电路 决 定 ４ ５ ４ １ 的
信 号 ，计数 器 置零 。窄脉 冲 过后 ，计数 器 ５ ）显 示 电路 显 示 电路单 元 由４ 片４ ０ ２ ６ 集 成 电路 和
５ ４ １ 输 出端 ， 当接 收 到 相位 不 变 。 由于 门 电路输 入输 出特性 ，其 脚 是 输 入 端 ，接 ４
般 应 大 于４ ／ ５ 电源 电压 ， 否 则有 可 能无 恢 复计 数状 态 。 内置 振 荡 ： 当 ｓ Ａ 置于 “ 校 准 ”时 ， Ｉ Ｃ ３ ：Ｂ 、Ｒ Ｐ ２ 、Ｒ Ｐ ３ 、Ｃ ３ 构 成 内置振 荡 器 ，
当信 号 每 秒 变化 Ｎ 次 ，用 上 式 表示 的 关 系为 ：
，＝了 Ｎ （ Ｔ ＝ １ ｓ ）
整 形 电路 和 内置 振 荡 器 单 元 由集 成 无 输 出波 形 。
电路 ４ ０ ９ ３ 中的 Ｉ Ｃ ３ ：Ａ 和Ｂ 组 成 ， 集成 电路
０ ９ ３ 内部 结 构 是 ４ 个 双 输 入 与 非 门电 路组 由 此 可 见 ，数 字 频 率 计 在 ｌ ｓ 标 准 时 ４ 间 内，测 出信 号变 化 的次 数 ，然 后再 用 数 成 。 字 形 式 显示 出来 ，即完 成 其 功能 的 主要 部 整形 ： 当ｓ Ａ 置于 “ 外 接 ”时 ， Ｉ Ｃ ３ ：
／ １
停止 ，所计 数值 保持 不变 并被稳 定显 示 。
２ ． 单元 电路工 作 原理 分析 １ ）整 形 电路 和 内置振 荡
数 ，Ｏ Ｕ Ｔ 端 有波 形 输 出 ，Ｌ Ｅ Ｄ 显示 数 字快 速
变化 ，Ｑ 端为 “ ０ ”时 ，闸 门关 闭 ，计 数停 止 ，Ｌ Ｅ Ｄ 显示 数字 不再 变 化 ，保 持 ，Ｏ Ｕ Ｔ 端 ４ ）置 零 电路
１ ． 能产 生 １ ｓ 标准 时 间 的功 能部件 。 ２ ． 计数 部件 。
３ ． 显示 部件 。 电路 功能框 图如 图１ 所示。 三 、电路 原理 １ ． 电路 原 理 图
受 控 输 入 端接 控 制 定 时 器 输 出 端 ，
当 控 制 定 时器 输 出 “ ０ ”时 ， 闸 门关 闭 ， 无 输 出 。 当控 制 定 时 器 输 出 “ １ ”，闸门
Ｉ 一 皇王研霾…………………………一
数 字 频 率 计 电 路 设 计 与 分 析
苏州大学 王伟 明
【 摘要 】将信号的正 负变化次数计数 ，并且计数 时间控制，计数器、显示器等主要部件连接起来 ，外加对测量信号
整形 电路、计数器清零 电路 ，内部校准信号等辅助 电路有机结合 ，组成一个实用简单、具有较高精度的数字频率计电路 ，为广大电子爱好者提供参考。
电路 原理如 图２ 所 示 ， 被 测 信 号 经 “ Ｉ Ｎ ”输 入 ，经 整 形后 送 到计 数控 制 器输
１ Ｓ ）时 其波 形前 沿 触 发置 零 电路 ，使 计 数
本 文 利 用 价 格 低 廉 的 集 成 电 路
数 字 频率 计 ，并 对 具体 电路 进行 分析 。 二 、电路功 能
“ 非 门” ，两个 反 相 “ 非 门” 串联 ，则 总 输 出只 有 “ ０ ”和 “ １ ”两 种 状态 ，整 形 效 果较 好 。但 要 注 意信 号幅 度 必须 足 够大 ，
一
的 宽度 应 远 小 于 被 测信 号 的周 期 ，Ｉ Ｃ ２ ④ “ ｌ ”信 号 上 升 沿 时 ，产 生 一 个 正 窄 脉 冲
【 关键词 】数 字频率计 ；计数器 ；定 时器 ；闸门时间；显示器 ；校准信号 ；清零 电路
一
、
问题 的提 出
三 个 功 能部件 ：
为 信 号 输入 ，是 与 非 门变 成 一个 受控 的闸
门。
在 电子 信 息 领 域 ，仅 仅 电压 、 电 流 和 电 阻的测 量 已远 远 不 能满 足其 飞 速发 展
Ｃ Ｄ ４ ５ ４ １ 、４ ５ ２ ８ 、４ ０ ９ ３ 、４ ０ ２ ６ 设计 制作 一 款 入 端 ， 当控 制定 时 器跳 变 为高 电平 （ Ｔ Ｈ ：
器 瞬时 置零 ，同 时闸 门打 开 ，信 号通 过 ，
。 分频 得 到 上述 波 形 ， 频率是指在 ｌ Ｓ 时 间 内周 期 信 号 变 化 允许计 数 ，并通过 Ｌ Ｅ Ｄ 显示计 数值 。当控 制 内振 荡 频 率 ，再 经２ 端为 “ １ ” 时 闸 门打 开 ，开 始 计 的 次数 ， 单位 为Ｈ ｚ ，用ｆ 来表 示 ，周 期 用Ｔ 计 时器 为低 电平 时 ，闸 门关 闭 ，计数 技 术 当 输 出Ｑ 来表 示 ，他 们 的关 系为 ：
的 要求 ，所谓 一块 万 用表 在 手 可走 偏 天下 的 时代 也 已一 去 不 复返 。 目前 信号 频 率 、 电磁辐 射 、有 害 气体 等 等 的测 量要 求 非 常 广 泛 。价 格低 廉 、 简单 实用 的 检测 设 备是 普 通 电子 爱好 者 需求 的 目标之 一 。