南昌航空大学数字频率计设计

课程设计说明书

课程设计名称：数字电路课程设计课程设计题目：数字频率计

学院名称：信息工程学院

专业：电子信息工程班级：

学号：：

评分：教师：

20 11 年10 月 5 日

数字电路课程设计任务书20 11 －20 12 学年第 1 学期第1 周－ 2 周题目数字频率计

容及要求

基本要求：采用基本数字集成电路设计制作——简易数字频率计，要求测量频率围为0—9999Hz，测量分辨率为10Hz，并使用LED数码管显示。

提高要求：1、讨论测量误差的形成原因并提出改进方案2、提高测频围的方案3、输入保护4、输入信号为正弦波、三角波、方波的情况

进度安排

1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备：第一周2天；

2. 领元器件、焊接、制作：第一周3天

3．调试：第二周2天

4. 验收：第二周0.5天

5.写报告：本学期3～7周

学生：

指导时间2011.8.29-2011.9.10 指导地点： E 楼

311室任务下达2011年8 月29 日任务完成2011 年9 月

日

考核方式 1.评阅□ 2.答辩□ 3.实际操作□ 4.其它

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，因此频率的测量就显的更为重要。测量频率的方法有很多种，其中数字频率计具有精度高，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。

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。

关键字：整形电路、逻辑控制电路、译码显示电路

目录

前言 (5)

第一章设计要求 (6)

第二章设计方案 (7)

第三章系统组成及工作原理 (9)

第四章单元电路设计与计算 (10)

4.1．整形电路 (10)

4.2．时基电路 (10)

4.3阀门电路 (11)

4.4逻辑控置电路 (11)

4.5．计数电路 (12)

4.6译码显示电路 (13)

第五章实验、调试及结果分析 (14)

第六章心得体会 (15)

参考文献 (16)

附录一 (17)

附录二 (18)

附录三 (19)

前言

数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它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，方波信号及其他各种单位时间变化的物理量。在进行模拟、

数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。

频率计的基本原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置，应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，但闸门时间越长则没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。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。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

电子系统非常广泛的应用领域，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。

集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2大类。数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域

第一章设计要求

基本要求：

采用基本数字集成电路设计制作——简易数字频率计，要求测量频率围为0—9999Hz，测量分辨率为10Hz，并使用LED数码管显示。

提高要求：

1、讨论测量误差的形成原因并提出改进方案

2、提高测频围的方案

3、输入保护

4、输入信号为正弦波、三角波、方波的情况

5、与集成信号发生器的合成

主要参考元器件：

74LS390、74LS247、CD4060、74LS00、74LS74

第二章设计方案

2.1 测频法

测频法的基本思想是：对频率为f的周期信号，用一个标准闸门信号，对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N时，其信号频率为f=N/TG

如图2.1所示：

图2.1 测脉宽法的原理框图

测频法的测量误差与信号频率有关：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，测频法适合于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。

2.2 测周法

首先把被测信号进行二分频，获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期的方波信号，然后用一个已知周期Ts 的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期的时间对fs 信号进行计数，

如图2.2所示

若在T 时间的计数值为N ，则有 T=N.Ts

即

f=1/T=1/N.Ts=fs/N

侧周法测量的误差与信号频率成正比，而与高频率标准计数信号的频率成反被测信号f 闸门信号

被测信号f 信号二分频

高频信号