简易数字频率计资料

郑州轻工业学院

课程设计说明书

题目：简易数字频率计

姓名：

院（系）：电气信息工程学院

专业班级：电气工程及其自动12-02

学号：

指导教师：孙君曼

成绩：

时间：2014 年02 月17 日至2014 年06 月10 日

郑州轻工业学院

课程设计（论文）任务书

题目简易数字频率计

专业电气工程12 -02学号姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容

1．阅读相关科技文献。

2．学习protel软件的使用。

3．学会整理和总结设计文档报告。

4．学习如何查找器件手册及相关参数。

技术要求

1.要求测量频率范围1Hz－100KHz，量程分为4档，即×1、×10、×100、×1000。

2.要求被测量信号可以是正弦波、三角波和方波。

3.要求测试结果用数码管表示出来，显示方式为4位十进制。

主要参考资料

1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月

2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月

3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月

4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月

5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2003

完成期限： 2014 年 6 月 18 日

指导教师签章：

专业负责人签章：

2014 年 2 月 16 日

在当代电子设备中运用中，经常要测量一个波形的频率，然后对其进行分析研究。为了测量频率，就要用到频率计。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，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

数字频率计的设计包括时基电路、整形电路、控制电路和计数显示电路四部分组成。

由时基电路产生一标准时间信号控制阀门，调节时基电路中的电阻可产生需要的标准时间信号。信号输入整形电路中，经过整形，输出一方波，通过阀门后，计时器对其计数。当计数完毕，时基电路输出一个上升沿，使锁存器打开，计数器计数结果输入译码器，从而让显示器显示，达到测量频率的目的。

关键词：频率计、时基电路、分频、计数、逻辑显示

第一章系统概述 (1)

第一节设计方案的选择 (1)

一、计数法 (1)

二、计时法 (2)

第二节整体方框图及原理 (2)

第二章数字频率计的硬件设计 (4)

第一节单元电路设计 (4)

一、整形电路 (4)

二、时基电路 (4)

三、计数器 (6)

四、锁存器 (7)

五、译码显示器 (8)

第二节芯片功能介绍 (8)

一、74LS48的引脚及功能表 (9)

二、555的引脚及功能表 (10)

三、74LS90 引脚图及功能表 (11)

四、74LS00引脚图及功能表 (12)

五、74LS273引脚图及功能表 (13)

第三章结论 (14)

个人总结 (14)

参考文献 (15)

第一章系统概述

第一节设计方案的选择

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。

一、计数法

计数法又称测频法，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δ

N1

=(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f

1=N

1

,而

图1-1测频法测量原理

f=N，故有f

1的相对误差：δ

f1

=(f

1

-f)/f=1/f

从上式可知f

1

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。

二、计时法

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。

根据本设计要求的性能与技术指标，首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。有上述频率测量原理与方法的讨论可知，计时法适合于对低频信号的测量，而计数法则适合于对较高频信号的测量。但由于用计时法所获得的信号周期数据，还需要求倒数运算才能得到信号频率，而求倒数运算用中小规模数字集成电路较难实现，因此，计时法不适合本实验要求。测频法的测量误差与信号频率成反比，信号频率越低，测量误差就越大，信号频率越高，其误差就越小。但用测频法所获得的测量数据，在闸门时间为一秒时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率。因此，本实验所用的频率测量方法是测频法。

第二节整体方框图及原理

其设计方案框图如图1-2。