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
□
指导教师 王忠华 系（部）主任
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 计数值N
TG
被测信号f
信号二分频 T
高频信号fs -----------N
Ts
比。当fs为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。
2.3方案比较：测频法能比较直观的测出待测信号的频率，而测周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，而二进制数据的求倒数运算中小规模数字集成电路却较难实现，因此，测周法不适合本设计要求。
2.4原理框图：
图2.3原理框图
第三章 系统组成及工作原理
3.1、整形电路
整形电路主要由一个SR锁存器构成，当输入正弦波、三角波和方波信号时输出都为方波信号，而且输入与输出信号波形的周期没有改变。 时基电路 阀门电路 计数锁存电路 译码显示电路
逻辑控制电路
3.2、时基电路
时基电路由555芯片构成一个多谐振荡器，其作用是产生一个秒信号，用来计算一秒的脉冲个数，即待测信号的频率。
3.3、阀门电路
阀门电路由74LS00与非门组成，只有在秒信号到来时阀门才会开启，此时便会对待测信号进行计数，其他时候阀门关闭，计数停止。
3.4、计数锁存电路
此电路由四个74LS160十进制计数器构成，四个160芯片接成10000进制计数器，用来对0—9999Hz的频率进行计数；74LS160芯片自身有计数和保持功能，只要通过逻辑电路输入相应的控制信号，就能实现计数和锁存功能。
3.5、译码显示电路
该电路由4片CD4511芯片构成，对74LS160计数器的信号进行译码，然后对译码管进行驱动，这样译码管就能显示出待测信号的频率值。
3.6、逻辑控制电路
逻辑控制电路的主要器件是CD4017芯片，该芯片在输入周期脉冲信号时，其输出端Q0-Q9会依次出现高电平，因而可构成十进制顺序脉冲发生器；这样便可产生计数和锁存信号，而芯片本身具有清零功能，因而可实现计数、锁存和清零的循环。
第四章 单元电路设计与计算
4.1、整形电路
整形电路图如下：
数字频率计设计报告
.
精选文档
数字频率计设计报告
电子信息学院
王家华 2010301430004
邹仁亭 2010301430003
肖 伟 2010301430001
.
精选文档
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。频率测量的方式通常是对方波信号进行沿判断或电平判断，再对相应的方波脉冲进行计数从而实现频率测量，因此频率测量的精度比一般其他物理量的精度要高很多。
数字频率计是近代电子技术领域的重要工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器（测量系统通过转换电路将所需测量的量转换为频率）从而通过测频率来提高精度的。本设计的数字频率计是基于超低功耗MSP430单片机来测量信号的频率，通过计数器计数，并用十进制数显示出来，它具有精度高，测量速度快，读数直观等优点。
关键词：频率测量 ;数字频率计; 单片机; 计数器;显示；
.
精选文档 目 录
一， 设计要求及功能设计方案
1,设计任务要求及相关指标
2,功能设计
二， 频率测量方案的比较选择与理论分析
1，频率测量方法
2，方案的比较选择与理论分析
3，方案的选择确定
三， 系统总设计方案及总体框图
四， 单元模块电路与程序设计
1， 稳压源模块
2， 放大整形模块
3， 数据测量计数模块
4，程序设计模块
五， 测试结果分析
1，稳压模块测试
2，放大整形电路测试
3，频率精度测试
六， 实验过程遇到的问题及解决方法
1，电压不匹配
2，161计数器计数不准确 .
精选文档 3，自动换挡模块效果不够理想
4，不能满足小信号输入时的要求
一，设计要求及功能设计方案
1,设计要求
1.1基本要求
（1）频率测量
测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；
频率：1Hz~1MHz；测量误差差≤10-3;
（2）周期测量
测量范围信号：方波，正弦波；幅度：0.5~5V；
数字频率计设计报告 2
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 -
百度文库
11
课程设计（综合实验）报告
（2014—2015年度第一学期）
名称: 数字电路课程设计
题目： 数字频率计
院系： 电气与电子工程学院
班级： 电气1210
学号： 1121181028
学生姓名：翟华阳
指导教师： 李月乔
设计周数： 1周
成绩：
日期：2015年 1月 22 日 路漫漫其修远兮，吾将上下而求索 -
百度文库
22 前言
频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。
频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。
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。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。
在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
数字频率计eda设计流程介绍
数字频率计eda设计流程介绍
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1. 需求分析： 确定数字频率计的功能和性能要求，例如测量频率范围、精度、分辨率等。
数字频率计的设计与实现
目 录
1. 引言 ..................................................................................................................... 1
2．设计任务书 .......................................................................................................... 2
3. 数字频率计基本原理............................................................................................. 3
3.1 设计思路 ............................................................................................................ 3
3.2 原理框图 ............................................................................................................ 3
4. 设计步骤及实现方法 .......................................................................................... 4
4.1 信号拾取与整形.............................................................................................. 4
数字频率计的设计
电子测量实训报告
姓 名：X X X __________________
院 系：X X X X 学院
专 业：07电子信息工程
学 号： ________________________
指导教师： _____________________
完成时间：2010 年9月7 日目录
第1章引言 ................................................................................. 3
1.1数字频率计的概述 ................................................................. 3
1.2设计任务 ........................................................................... 3
1.3设计目的 ........................................................................... 4
1.4设计方案 ........................................................................... 4
1.5频率计设计原理 ..................................................................... 5
第2章 系统硬件设计 ........................................................................ 5
2.1电路原理图设计 ................................................................... 5
数字频率计设计与仿真
数字频率计设计
一、 实验目的
1、 了解等精度测频的方法和原理。
2、 掌握如何在 FPGA 内部设计多种功能模块。
3、 掌握 VHDL 在测量模块设计方面的技巧。
二、 实验原理
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（也称闸门时间）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
f＝N/T
由上面的表示式可以看到，若时间间隔 T 取 1s，则 f＝N。由于闸门的起始和结束
的时刻对于信号来说是随机的，将会有一个脉冲周期的量化误差。进一步分析测量
准确度：设待测信号脉冲周期为 Tx，频率为 Fx，当测量时间为 T=1s时，测量准确
度为δ=Tx/T=1/Fx。由此可知这种直接测频法的测量准确度与被测信号的频率有
关，当待测信号频率较高时，测量准确度也较高，反之测量准确度较低。因此，这
种直接测频法只适合测量频率较高的信号，不能满足在整个测量频段内的测量精度
保持不变的要求。若要得到在整个测量频段内的测量精度保持不变的要求，应该考
虑待精度频率测量等其它方法。
等精度频率测频的实现方法，可以用图 23-1 所示的框图来实现。
三、 实验内容
本实验要完成的任务就是设计一个频率计，系统时钟选择核心板上的 20M 的
时钟，闸门时间为 1s（通过对系统时钟进行分频得到） ，在闸门为高电平期间，
对输入的频率进行计数，当闸门变低的时候，记录当前的频率值，并将频率计数
器清零，频率的显示每过 2 秒刷新一次。被测频率通过一个拨动开关来选择是使
用系统中的数字时钟源模块的时钟信号还是从外部通过系统的输入输出模块的
输入端输入一个数字信号进行频率测量。当拨动开关为高电平时，测量从外部输
入的数字信号，否则测量系统数字时钟信号模块的数字信号。其实现框图如下图
在本实验中，用到的模块有数字信号源模块、拨动开关模块、20M 系统时钟源
数字频率计设计任务书
课 程 设 计 任 务 书
设计题目： 数字频率计设计
设计内容与要求：
设计内容：
设计一个数字频率计，测频范围1HZ至1KHZ。
要求：
1、设计控制器，控制计数器计数和锁存器锁存计数值。
2、设计计数器，用于对待测信号计数。
3、设计锁存器，用于保存计数器的计数结果。
4、设计除法器，用于计算待测信号的频率。
5、设计顶层电路，实现对1HZ至1KHZ的输入信号进行频率测量。
指导教师： 邹红文
2014 年12月1日
课 程 设 计 评 语
成绩： 指导教师：_______________
年 月 日
目 录
第一章 设计控制器...................................................................................................... 1
1.1控制器程序..................................................................................................... 1
1.2波形图............................................................................................................. 2
第二章 设计计数器...................................................................................................... 3
数字频率计课程设计
课程设计任务书
一、设计题目
数字频率计设计二、设计任务
频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。
用中小规模数字集成电路和半导体显示器件实现以下技术指标：
频率测量围：10～9999Hz
输入电压幅度：300mV～3V
输入信号波形：任意周期信号
显示位数： 4位
电源： 220V50Hz
三、设计计划
电子技术课程设计共1周：
第1天：针对选题查阅资料，确定设计方案；
第2天：电路原理设计，进行元器件及参数选择；
第3～4天：电路仿真，画电路原理图；
第5天：编写整理设计说明书。
四、设计要求
1. 系统工作原理说明；
2. 画出系统电路原理图；
资料Word
李正建:数字频率计
3. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求；
4. 写出设计说明书。
指 导 教师：
时 间： 年 月 日
目录
0综述 ......................................................................................................................................................1
1 方案论证..............................................................................................................................................5
2 原理及技术指标 ...................................................................................................................................6
数字频率计课程设计 2
未知驱动探索，专注成就专业
1
数字频率计课程设计
引言
数字频率计是一种用来测量波形信号频率的仪器。在本次课程设计中，我们将设计并实现一个基于微控制器的数字频率计。在设计过程中，我们将使用Arduino开发板以及相应的传感器和电路组件。本文档将介绍该课程设计的目标、设计思路、实现步骤以及预期的结果。
目标
本次课程设计的目标是通过设计一个数字频率计来实现以下功能： 1. 测量输入的波形信号的频率。 2. 将测量结果以数字形式在液晶显示屏上显示。
设计思路
1. 硬件设计：
• 使用Arduino开发板作为主控制器。
• 使用一个脉冲传感器作为输入信号源。
• 使用一个液晶显示屏来显示测量结果。 未知驱动探索，专注成就专业
2
2. 软件设计：
• 使用Arduino编程语言编写程序。
• 通过读取脉冲传感器的信号来计算输入信号的频率。
• 将计算得到的频率值通过串口传输给液晶显示屏。
实现步骤
1. 硬件连接：
• 将脉冲传感器的输出引脚连接到Arduino开发板的数字输入引脚。
• 将液晶显示屏的控制引脚连接到Arduino开发板的对应输出引脚。
2. 软件编程： ```c // 引入LiquidCrystal库 #include
// 定义液晶显示屏的引脚 LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3,
2);
// 定义脉冲传感器的引脚 int pulsePin = 7;
// 定义变量存储频率值 float frequency = 0; 未知驱动探索，专注成就专业
3
void setup() { // 初始化液晶显示屏 lcd.begin(16, 2);
// 设置脉冲传感器引脚为输入状态 pinMode(pulsePin,
INPUT);
// 设置波特率为9600 Serial.begin(9600); }
void loop() { // 定义变量存储脉冲计数值 int pulseCount =
数字频率计课程设计 3
数字频率计课程设计
一、课程背景
数字频率计，又称计数频率，是一种统计运算工具，能根据数据中某一个特定值的出现频率来进行统计分析。它能够快速分析出现在数据集中的相同值的出现次数，以及每种值的贡献出现的百分比。数字频率计应用广泛，如在统计数据分析、市场营销中用于调研数据等，但由于它需要相当复杂的数学计算，它是一种极具挑战性的课题。
二、课程内容
1. 数字频率计的统计理论：介绍数字频率计学领域的基本概念、计算公式及可能出现的误差，以及假设检验等内容；
2. 数字频率计的应用举例：讨论典型场景下的应用实例，如抽市场调研抽样的计算方法以及相关的统计推导等；
3. 数字频率计的实战操作：掌握如何使用计算机处理数据，并实现数字频率计的计算；
4. 数字频率计的数学证明：引用数学原理及推导数学证明，以便深入理解数字频率计的原理。
三、教学与考核
1. 教学模式：以讲授、展示、实验、课堂练习等多种形式进行授课，以及通过学习资料、习题、在线课程等形式进行辅助教学；
2. 考试形式：结合课堂教学及辅助教学材料，在授课结束后举行考试，综合考查学生掌握的理论知识点和实际应用能力；
3. 教学评价：参与课堂的讨论及作业的提交，是对学生学习情况的重要指标。良好考试成绩及活跃参与讨论的同学将获得较高分数。