基于Multisim8的数字频率计的设计与开发
数字频率计的设计及制作
绪论数字频率计是一种用十进制数字显示频率的数字测量仪器，它的根本功能是测量正弦波信号，方波信号和尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，它的用途十分广泛。
本设计主要由多谐振荡器、整形电路、闸门电路、计数器和数字显示几个模块组成，利用Proteus 软件完成设计与仿真之后在实验室进展调试，验收。
2 设计指标要求设计并制作一个简易的数字频率计电路。
技术指标要求是： 1．测量信号: 正弦波、方波信号,信号幅度Vxm=(0.2-5V) ； 2．测量频率X 围: 1Hz-9，999Hz ; 3．频率准确度3102-⨯±≤∆xf f4．显示方式: 4位十进制数显示;5．时基电路由555 振荡器产生1HZ 脉冲信号。
3 数字频率计的设计数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
频率是单位时间〔 1S 〕内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
这就是数字频率计的根本原理。
3.1 数字频率计组成框图数字频率计的组成框图如图3-1所示：图3-1 数字频率计的组成框图3.2秒脉冲的设计利用一片555芯片可以通过多谐振荡器电路产生高电平为1S的脉冲，其电路图如图3-2所示：图3-2 多谐振荡器3.3整形电路的设计波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进展整形。
本次设计采用施密特触发器进展整形，原理图如图3-3所示：图3-3 整形电路3.4清零信号的设计本设计采用单稳态触发器产生清零信号，其原理图如图3-4所示：图3-4 清零信号的设计3.5控制门的设计控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。
它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。
简易数字频率计的设计与仿真
《电子仿真技术》实训报告题目简易数字频率计的设计、仿真所在学院电子信息工程学院专业班级***学生姓名*** 学号***指导教师***完成日期* 年* 月* 日一．设计思路（1）电路简述所谓频率，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fx=N/T 。
因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。
可见数字频率计主要由闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。
数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
频率是单位时间（1S ）内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的1S 时间内对信号波形计数，数值保持及自动清零，并将计数结果在显示器上显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
这就是数字频率计的基本原理。
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，具有固定宽度T的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。
可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,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.在整个电路中,时基电路是关键。
（2）任务目标利用multisim9.0软件设计一个简易数字频率计，其基本要求是：1. 被测信号的频率范围1KHZ～100MHZ（理想频率范围）；2. 被测信号可以为正弦波、三角波或方波信号；3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位。
基于Multisim 11.0的简易数显频率计设计
ＹＥ Ｗｅ ｎ — ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ，ＣＨＥ ＮＧ Ｙｏ ｎ ｇ — ｍａ ｏ ，Ｓ ＵＮ Ｙｉ — ｘ ｕ ａ ｎ ， Ｚ ＨＡＮＧ Ｊ ｉ ａ — ｐ ｉ ｎ ｇ
（ １ ． Ｃ ａ ｄ ｅ ｔ Ｂ ｒ ｉ ｇ ｄｅ ａ ， Ｎａ ｖ ａ ｌ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ａ ｎ ｄ Ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｏ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｙ ａ ｎ ｔ ａ ｉ ２ ６ ４ ０ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆＯ ｒ ｄ ｔ ｍ ｃｅ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ｖａ ａ ｌ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｎｄ ａ Ａｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，
该 数显 频 率计 主要 包括 时 间信 号 电路 、 计 数显 示 电路和 时序 控制 电路 ， 并 进行 了层 次化 的设 计 优化 。
时 间信 号 电路 完成 输入信 号与 时钟信 号 的与 运算 ， 并把 与运 算后 的脉 冲传 递 给计数 显 示 电路 。计 数
显 示 电路 完成频 率计 的频 率计数 以及 显 示功 能 。 时序控 制 电路 实现 当上升 沿或 下 降沿 来临 时触发脉
Ｙ ａ ｎ ｔ ａ ｉ ２ ６ ４ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
数字式频率计设计
数字式频率计的设计摘要在电子技术中，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更为重要。
数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。
数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。
数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。
测量频率的方法有多种，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。
本次设计的数字频率计以555为核心，采用直接测频法测频，能够测量正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等。
根据显示的频率范围，用4片10进制的计数器构成1000进制对输入的被测脉冲进行计数；根据输入信号的幅值要求，所以要经过衰减与放大电路进行检查被测脉冲的幅值；由于被测的波形是各种不同的波，而后面的闸门或计数电路要求被测的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路，通过这些整体要求，由显示部分，计数部分，逻辑控制部分，时基电路部分，构成简易的频率计的设计。
目录一．设计任务和要求 (3)1.设计任务 (3)2.设计要求 (3)二．系统设计 (4)1.系统要求 (4)2. 方案设计 (5)3.系统工作原理 (6)三．单元电路设计 (8)1.时基电路部分 (8)2.计数显示部分电路 (11)3.控制电路设计如下 (14)四．电路仿真分析 (15)五．元器件的选择及参数确定 (17)1.电路调试 (17)2系统功能及性能测试 (18)3.电路安装 (20)4.调试 (21)参考文献 (25)总结及体会 (26)附录 (28)一．设计任务和要求1.设计任务设计一个数字式频率计。
2.设计要求1、能够测量正弦波、三角波、锯齿波、矩形波等周期性信号的频率；2、能直接用十进制数字显示测得的频率；3、频率测量范围：1HZ—10KHZ且量程能自动切换；4、输入信号幅度范围为0.5—5V，要求仪器自动适应5、测量时间：t≼1.5s6、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）7、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。
基于单片机的数字频率计的设计与实现
基于单片机的数字频率计的设计与实现摘要随着电子信息产业的发展，信号作为其最基础的元素，其频率的测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要，而且需要测频的范围也越来越宽。
传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量范围低，精度低。
因此，随着对频率测量的要求的提高，传统的测频的方法在实际应用中已不能满足要求。
因此我们需要寻找一种新的测频的方法。
随着单片机技术的发展和成熟，用单片机来做为一个电路系统的控制电路逐渐显示出其无与伦比的优越性。
本文阐述了以AT89C51单片机为控制器件的频率测量方法，并用汇编语言进行设计，采用单片机智能控制，结合外围电子电路，用以实现高低信号频率的测量。
本文设计的是一个简易数字频率计，被测信号可以是正弦波、三角波、方波。
首先，我们把待测信号经过放大整形;然后把信号送入单片机的定时计数器里进行计数，获得频率值;最后把测得的频率数值送入显示电路里进行显示。
本文从频率计的原理出发，介绍了基于单片机的数字频率计的设计方案，选择了实现系统得各种电路元器件，并对硬件电路进行了仿真。
关键词单片机;频率计;测量-Design and implementation of Digital FrequencyMeter Based on Single Chip MircrocomputeAbstractAlong with the development of electronic information industry, signal as the basic elements, the frequency measurement in scientificresearch and practical application is increasingly important, but also need the scope of frequency measurement is becoming more and more wide. The traditional frequency plan usually adopts combinational circuits and the sequential circuits of the hardware circuit structure, product not only large size, speed is slow, and measuring range, and low accuracy of low. Therefore, as for frequency measurement requirements, thetraditional method of frequency measurement in practical application already cannot satisfy requirements. Therefore, we need to find a new measuring method of frequency. Along with the development of technology and mature, use a singleship as a circuit system of control circuit shown its incomparable advantages.In this paper, with AT89C51 microcontroller to control the frequency of measurement devices and assembly language design, intelligent control using single chip, combined with the external electronic circuit, can be high and low frequency measurements. This paper designs a simple digital frequency, the measured signal can be sine wave , square wave. Firstly, the rectangular pulse, which the measured signal is amplified and reshaped, is used as control throttle valve. Then, the frequency counter counts the number of the periods using the internal timer/counter of signal is chip so as to gain the frequency value of measured signal. Finally, the frequency value of measured signal is displayed through static display circuits.From the analysis of theory, and introduces the digital frequency plan based on single chip design, selection of the system, and have all kinds of circuit components of hardware circuit simulaion.Keywords Micor- computer;Frequency;Measure-目录摘要...... ................................................................. (I)Abstract ........................................................... .. (II)第1章绪论 ..................................................................... .. (1)1.1 课题背景 ..................................................................... . (1)1.2 单片机的发展及特点 ..................................................................... .................1 1.3 频率计的基础知识 ..................................................................... .....................1 1.4 论文研究内容 ..................................................................... .............................2 第2章单片机简介及方案论证 ..................................................................... ...........3 2.1 AT89C51单片机简介 ..................................................................... ..................3 2.1.1 单片机及其引脚说明 ..................................................................... ...........3 2.1.2 AT89C51的定时/计数器原理 (5)2.1.3 定时/计数器的工作模式 ..................................................................... (6)2.1.4 定时,计数器的特殊功能控制寄存器 (6)2.1.5 定时,计数器(T0,T1)的控制寄存器 (7)2.2 数字频率计设计的几种方案 ..................................................................... (8)2.3 几种方案的优劣讨论 ..................................................................... .................8 2.4 本次设计采用的方案 ..................................................................... .................9 2.5 本章小结 ..................................................................... .....................................9 第3章系统硬件设计 ..................................................................... ........................ 10 3.1 数字频率计工作原理及结构框图 (10)3.1.1 一般数字式频率计的原理 ......................................................................10 3.1.2 基于单片机的数字频率计原理 .............................................................. 10 3.2 电路原理图 ..................................................................... ............................... 11 3.3 放大整形电路 ..................................................................... ........................... 11 3.3.1 放大整形电路的必要性 ..................................................................... ..... 11 3.3.2 放大整形电路的原理 ..................................................................... ......... 11 3.4 分频电路 ..................................................................... ................................... 15 3.4.1 分频电路介绍 ..................................................................... .................... 15 3.5 四选一电路 ..................................................................... ............................... 16 3.6 显示电路 ..................................................................... ................................... 17 3.6.1 显示原理 ..................................................................... ............................ 17 3.6.2 显示电路图 ..................................................................... ........................ 19 3.7 本章小结 ..................................................................... ................................... 20 第4章系统软件设计 ..................................................................... ........................ 21 4.1 软件流程图 ..................................................................... ............................... 21 4.2 测频软件实现原理 ..................................................................... . (21)-4.3 几个重要的分程序 ..................................................................... ................... 22 4.4 本章小结 ..................................................................... ................................... 23 结论 ..................................................................... ..................................................... 24 致谢 ..................................................................... ..................................................... 25 参考文献 ..................................................................... ............................................. 26 附录A ...................................................................... ................................................ 27 附录B ...................................................................... ................................................ 33 附录C ...................................................................... ................................................ 39 附录D ...................................................................... (40)第1章绪论1.1 课题背景在电子技术中,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，,因此频率计在教学、科研、测量仪器、工业控制[1]等方面都有较广泛的应用。
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。
基于单片机的数字频率计的设计(毕业设计)
1.2 设计思路
测频的原理归结成一句话，就是“在单位时间内对被测信号进行
计数”。常用的频率测量方法主要有两种：直接测频法和间接测频法 （即测周期法）。直接测频法在低频段的相对测量误差较大，故常用 于测量高频信号；测周期法在高频段的相对测量误差较大，更适合于 测量低频信号由于本次设计的实际测量范围为1Hz～200KHz左右，主 要是针对在低频段的测量，且由于单片机具有程序运算功能，频率为 周期的倒数，这样使得频率测量与周期测量可以互通，故此次设计采 用间接测量法（测周期法）。其原理图如下所示：
使用液晶显示器（LCD）进行数据显示
采用LED显示管只能显示0～9和一些简单的英文字母，这使得频率计的功能 受到极大的限制，而LCD显示管能够解决LED的不足，增强显示功能。LCD具有体 积小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，因 此广泛应用于各种仪表设备中去。LCD液晶显示器主要有字符型和点阵型两种。 字符型LCD能显示特定的字符，应用在特定的场合，可以代替常用的LED显示器 显示和进行其他特殊字符的显示；点阵型LCD则可以以点阵的形式显示字符、图 形和汉字，满足各种需要。
被测闸门信号
未知
高频基准信号
实际检出已知信号
1.3 电路设计
数字频率计系统设计共包括四大模块：单片机控制模块、电源模
块、放大整形模块及ＬＥＤ显示模块。 数字频率计设计总框图如下：
被测信 号
放大整形电 路
单片机
LED 显 示
电源电 路
ni multisim 频谱仪的用法
ni multisim 频谱仪的用法使用NI Multisim软件中的频谱仪功能，可以辅助工程师进行电路的频率分析和信号测量。
在本文中，我们将逐步介绍如何使用Multisim中的频谱仪。
第一步：打开Multisim软件首先，在计算机上打开NI Multisim软件。
如果您尚未安装该软件，可以从官方网站或其他途径下载并安装。
第二步：绘制电路在Multisim中绘制您要分析的电路。
可以使用Multisim中的元件库从基本元件到复杂的集成电路等各种元件，将其拖放到工作区并连接起来。
确保电路已连接完成并且没有任何错误。
第三步：添加频谱仪在电路构建完成后，点击Multisim软件界面的“Instruments”选项卡。
在该选项卡下，您会看到一个“Frequency Analyzer”（频率分析器）的图标。
将该图标拖到您的工作区中。
第四步：设置频谱仪参数右键点击所添加的频谱仪，选择“Properties”（属性）选项。
在弹出窗口中，您可以设置频谱仪的各种参数，包括输入信号的类型、频率范围和分辨率等。
根据您的需要，设置适当的参数。
第五步：运行电路和频谱仪在设置完参数后，可以点击Multisim界面上的“Run”（运行）按钮，来运行电路并且开始频谱分析。
Multisim会模拟您的电路并将结果显示在频谱仪上。
第六步：分析频谱结果频谱仪将以图形的方式显示电路的频谱分析结果。
根据您设置的频率范围和分辨率，您可以看到不同频率下的功率谱密度。
您可以使用放大和缩小功能来查看图形的细节。
第七步：保存和导出结果在分析完频谱结果后，您可以选择保存结果。
Multisim提供了保存频谱结果的选项，并且可以以各种常见的文件格式导出，如CSV、Excel等。
需要注意的是，NI Multisim中的频谱仪功能是基于模拟电路分析的，适用于分析模拟信号和连续频率范围内的信号。
对于数字信号和离散频率范围内的信号，Multisim可能会有限制或不适用。
数字频率计的设计
数字频率计的设计
数字频率计是我们经常会用到的实验仪器之一，本实验要使用单片机和计数电路及液晶器件来设计一个宽频的数字频率计。
数字频率计的实验电路图(初步方案)
1) 数字频率计的计数及显示电路：
图1 数字频率计的设计电路图
2)前置放大及分频电路
数字频率计的设计思路
频率的测量实际上就是在1S 时间内对信号进行计数，计数值就是信号频率。
用单片机设计频率计通常采用两种办法，1)使用单片机自带的计数器对输入脉
冲进行计数，或者测量信号的周期;2)单片机外部使用计数器对脉冲信号进行计数，计数值再由单片机读取。
由于单片机自带计数器输入时钟的频率通常只能是系统时钟频率的几分之一甚至几十分之一，因此采用单片机的计数器直接测量信号频率就受到了很大的限制。
本实验电路采用方式2，使用一片74LS393 四位双二进制计数器和Atmega8 的T1 计数器组成了24 位计数器，最大计数值为16777215。
如果输入信号经过MB501 分频器进行64 分频后再进行测量，则固定1S 时基下最高测量频率为1073.741760Mhz。
为了方便得到准确的1 秒钟测量闸门信号，我们使用了Atmega8 的异步实时时钟功能，采用32.768Khz 的晶振由TC2 产生1 秒钟的定时信号。
数字频率计的测量原理
单片机打开测量闸门，即PB1 输出高电平，同时TC2 定时器启动。
74LS393。
基于EDA技术的八位数字频率计设计
基于EDA技术的八位数字频率计设计作者：高锐来源：《硅谷》2010年第17期摘要: 简单介绍EDA技术的发展现状,着重介绍基于EDA技术的可编程逻辑器即八位数字频率计的设计方案选择、原理图设计输入、原理图编译和仿真等操作,比较完整的说明了八位数字频率计的功能与作用和使用QuartusII软件进行可编程逻辑器件设计的操作流程。
关键词: EDA技术;八位数字频率计原理图设计;原理图编译;仿真中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0910172-01EDA(电子设计自动化)技术指的是以计算机硬件和系统软件为基本工作平台,以大规模可编程逻辑器件为设计载体,以硬件描述语言为系统设计的主要表达方式,自动完成集成电子系统设计的一门新技术。
1 设计软件QuartusII简介QuartusII软件是由Altera公司开发的进行基于EDA技术的可编程逻辑器件设计的一种设计软件,其功能强大、界面友好、使用便捷。
QuartusII软件集成了Altera公司的可编程逻辑器件开发流程中所涉脑瓜所有工具和第三方软件接口,可以创建、组织和管理用户的设计。
QuartusII软件允许用户在设计流程的每个阶段使用此软件的图形界面、EDA工具界面或命令行方式进行设计,主要能够实现如下功能:设计输入、综合、布局布线、时序分析、仿真、编程和配置、系统级设计、软件开发、时序逼近、调试和工程更改管理。
本文的八位数字频率计即是使用QuartusII软件进行设计的。
2 设计方案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,是数字电路中的一个典型应用。
但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。
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电子线路课程设计（报告） 题目 基于Multisim8的数字频率计的设计与开发 系 别 物理与电子工程学院 专 业 电子与信息工程 班 级 电信092 学 号 160409214 学生姓名 顾海峰 指导教师 卢怡 日 期 2012/11/1~2012/12/20 目 录 一 题目要求与方案论证 ........................................... 2 1.1（设计题题目）数字频率计的设计 ....................................... 2 1.1.1题目要求 ....................................................... 2 1.1.2 方案论证 ....................................................... 2 二 电子线路设计与实现 ........................................... 4 2.1晶体振荡电路设计 ..................................................... 4 三 总结与体会 ................................................... 17 参考文献（撰写格式如下） ........................................ 18 附录1 .......................................................... 19 附录2 .......................................................... 19 一 题目要求与方案论证 1.1（设计题题目）数字频率计的设计
频率计是用来测量正弦信号、矩形信号、三角形信号等波形工作频率的仪器，根据频率的概念是单位时间里脉冲的个数，要测被测波形的频率，则须测被测波形中1S里有多少个脉冲，所以，如果用一个定时时间1S控制一个闸门电路，在时间1S内闸门打开，让被测信号通过而进入计数译码器电路，即可得到被测信号的频率fx。 任务要求分析： 频率计的测量范围要求为10Hz~100KHz，且精度为10Hz，所以有用4片10进制的计数器构成1000进制对输入的被测脉冲进行计数；要求输入信号的幅值为20mV~5V，所以要经过衰减与放大电路进行检查被测脉冲的幅值；由于被测的波形是各种不同的波，而后面的闸门或计数电路要求被测的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路；频率计的输出显示要经过锁存器进行稳定再通过5位LED数码管进行显示. 1.1.1题目要求 1 数字显示功能：用十进制数码管显示测量信号的频率。 2 测量范围为10HZ～100kHZ。 3检测精度不低于1%。 1.1.2 方案论证 本次设计的数字频率计由四部分组成：振荡电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。 由石英晶体多谐振荡电路,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=10s,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: 图1 数字频率计的原理框图 二 电子线路设计与实现
2.1晶体振荡电路设计
石英晶体多谐振荡器（晶荡电路）的作用是产生稳定的工作时钟信号，经过分频，控制电路，以产生测频所需要的各种控制信号。为保证检测频率的
锁存器计数器闸门电路脉冲形成电路时基电路
译码显示逻辑控制
f准确性，工作时钟的稳定， 准确至关重要，所以在实际系统中，均采用晶体振荡电路。晶振电路可以在任意多谐振荡电路中接入石英晶体来构成，其振荡频率即取决于石英晶体的固有谐振频率，而且非常稳定。石英晶体多谐振荡电路如下所示，为了分频方便获得1Hz和0.5Hz的门控信号和控制信号，这里选用32.768kHz的晶体振荡器，选用4060芯片进行分频即可得到2Hz的基准信号。再用JK触发器进行四分频即可获得0.5Hz的频率信号。 虽然晶振电路不需要信号源，但由于仿真软件是；理想的电磁环境，器件本身接受不到干扰，因此不能起振，所以在仿真时必须在电路旁边放置一个信号源方能起振。
2-1 石英晶体多谐振荡电路
分频电路可以由计数器构成，选用4060芯片进行142分频即可得到2Hz的基准信号，再经四分频即可得到0.5Hz的频率信号。或者选用4片4位二进制计数器74161串接成16位二进制计数器，直接得到0.5Hz的频率信号。这里用74161构成分频电路。 2-2 分频电路 分频电路的封装模块输入端CLK接晶振电路输出，EN为运行控制输入，高电平有效；3个输出端分别为基准信号2Hz、1Hz、0.5Hz输出。
2-3 分频电路封装模块 需要说明的是，该仿真软件对于石英晶体建立的模型也不完善，所以该晶振电路在振荡时从虚拟示波器上看到的多谐振荡波形频率并不仅仅由石英晶体决定，而且似乎也不是十分稳定。这是由于软件模型不完善造成的，而实际的石英晶体多谐振荡器频率非常稳定，而且振荡频率仅有石英晶体决定。为了仿真方便，在分频电路中采用频率为32.768kHz的信号源提供晶振输出信号进行分频。
2．2脉冲整形电路设计 待测信号可以是正弦波、方波、三角波、脉冲波等，且幅值不一。脉冲整形电路的作用是将待测信号整形为统一幅值的脉冲波形，以便于计数器计数。 放大整形电路如图所示： 2-4 信号脉冲整形电路原理图 当信号幅度很小时，可调整电位器R1来调整放大倍数，经比较器输出，得到和输入信号同频率的+5V脉冲波，作为后级计数器的计数脉冲波。当待测信号为幅值是10mV的正弦信号时，整形后的输出波形如图所示。 2-5 整形前后的信号波形
封装模块如图所示：
2-6 信号脉冲整形电路封装模块
2.3控制电路设计 控制电路是数字频率计正常工作的中枢部分。控制电路包括计数器清零信号1、锁存信号发生电路、检测控制门电路和高低频切换电路等其关键任务是在检测门控信号到来前及时产生计数器清零信号，在门控信号结束时立即产生锁存信号。 在较高频率时（如高于1kHz）可以选用1s的技术脉宽门控信号（0.5Hz），而在低频时（如低于1kHz），可选用10s的计数脉宽门控信号。为了在低频时10s计数时间内显示器能不闪烁的显示数据，须设置数据锁存器。因此锁存器的锁存信号应在下一次显示数据到来之前一直有效。 3.1 1s的计数门控电路设计 在晶体振荡电路中，分频后分别得到高频段基准信号0.5Hz 1Hz 2Hz(用74LS161D计数器分频时，为下降沿触发翻转)，如图2-7所示为基准信号0.5Hz 1Hz 2Hz和清零锁存信号的时序关系，清零和锁存信号可通过这3个基准信号的逻辑组合得到。
2-7 控制信号电路 封装模块如图所示：
2-8 控制电路信号封装模块 其中，3个基准频率信号输入端2Hz 1Hz 0.5Hz分别接分频电路X1相应频率输出端；3个输出控制信号Es1 Rj1 Ej1分别为高频段测频时锁存器锁存信号 计数器清零信号和计数器锁存信号，输出低电平有效。 3.2 10s的技术门控信号下清零信号和锁存信号的产生 在信号频率低于1kHz时，为保证测量精度，选用10s的计数门控信号。10s的计数脉宽门控信号可由1Hz方波信号经十一进制计数器技术产生，十一进制计数器可由十六进制计数器74161改造而成，如图10-57所示。其中，在十六进制的16个状态中通过特征译码识别状态1001产生同步置数信号~LOAD，将计数器置为1111.同时以进位信号RCO的反变量作为10s脉宽计数门控信号输出。1kHz信号 计数器QD 进位RCO信号(10s脉宽计数门控信号)及同步置数信号~LOAD时序图如图所示。