大学数字频率计课程设计报告

1、数字频率计课程设计报告 介绍：数字频率计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

2、换并实现测量设置。一、课程设计目的：(1)加深对电子电路课程内容的了解。（2）会运用电子技术课程所学到的理论知识，独立完成设计课题。(3)学会将单元电路组成系统电路的方法。(4)熟悉中规模集成电路和半导体显示器件的使用方法。 （5)通过查阅手册和文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。培养严肃认真工作作风和严谨的科学发展。（6）增强自己检验测试电路能力。二、设计要求：（1）测量范围1999。（2）显示三位数字。（3）电源VCC+5V.三、课程设计报告内容（1）设计方案的选定与说明数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种

3、物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。（2）方案设计交流电信号或脉冲信号的频率是指单位时间内产生的电振动的次数或脉冲个数。用数学模型可表示为：f=式中f频率。N电振动次数或脉冲数。t产生N次电振动或脉冲所需要的时间。首先必须把各种被测信号通过放大整形电路，使其成为规矩的数字信号，以便于计数器计数。实现频率测量的另一必备环节是时基电路。所谓时基电路，就是产生时间标准信号的电路装置。通常要求精确稳定，所以采用

4、1MHz或5MHz石英晶体振荡器做成标准时间信号发生器。一般计数器则采用十位计数器，N进制的计数器也就是N分频器，其N进位信号也可作为N分频信号。如图3.1.a所示为数字频率计系统原理总框图，被测量信号经过放大与整形电路传入十进制计数器，变成其所要求的信号，此时数字频率计与被测信号的频率相同，时基电路提供标准时间基准信号，此时利用所获得的基准信号来触发控制电路，进而得到一定宽度的闸门信号，当1s信号传入时，闸门开通，被测量的脉冲信号通过闸门，其计数器开始计数，当1s信号结束时闸门关闭，停止计数。根据公式得被测信号的频率f=NHz。 图A1逻辑控制电路的一个重要的作用是在每次采样后还要封锁主控门

5、和时基信号输入，使计数器显示的数字停留一段时间，以便观测和读取数据。简而言之，控制电路的任务就是打开主控门计数，关上主控门显示，然后清零，这个过程不断重复进行。（3）各部分工作原理时基电路为了获得较为稳定的时间基准信号，以便准确的控制主控门的开启时间，其电路如下图所示： 本设计采取用555定时器组成的多谐振荡器如图3.2.1所示。接通电源后，电容被充电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过和T放电，下降。当下降到时，翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为当放电结束时，T截止，将通过、向电容C充电，由上升到所需的时间为当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是在电

6、路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为整形电路为保证测量精度，在整形电路的输入端加一前置整形器整形74LS00。如图下图为整形电路原理图。逻辑控制电路逻辑控制电路的作用主要是控制主控门的开启和关闭，同时也控制整机逻辑关系。本设计采用74LS121组成逻辑控制电路，先启动脉冲置成1，其余触发器置成0，然后时基电路传入脉冲，控制电路开始工作。被测信号通过闸门进入计数电路，于是计数器译码器同时工作，从而记下所测信号频率值。当控制电路转为其他状态时，闸门关闭，计数器停止工作，数码管继续显示所测频率值。直到有一次循环，计数器清零，数码管显示消失，到此为止，频率计完成一次测量。脉冲信号可由两个单

7、稳态触发器74LS121产生，它们的脉冲宽度由外接电阻电容决定。（4）计数器为了提高计数速度，可采用同步计数器。其特点是计数脉冲作为时钟信号同时接于各位触发器的时钟脉冲输入端，在每次时钟脉冲沿到来之前，根据当前计数器状态，利用逻辑控制电路，准备好适当的条件。当计数脉冲沿到来时，所有应翻转的触发器同时翻转，同时也使用所有应保持原状的触发器不该变状态。由于频率计的测量范围1999Hz，因此采用十进制计数器74LS160，被测信号由闸门开通送入计数器，记录所测信号频率值传入译码显示电路中，显示器显示测得频率值；待闸门关闭，计数器停止工作；电路则继续工作进行下次循环，计数器清零，显示器数值消失，频率计

8、完成一次测量。当被测信号的频率较低时，采用直接测频方法由量程误差一起的测量误差太大，为了提高测低频时的准确度，应先测周期，然后计算。被测信号经过整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，Tx=1s，则闸门打开的时间也为1s，在此期间内，周期为的标准脉冲通过闸门进入计数器计数。（5）锁存译码器器LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，MRk838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常解码。BI：空白输

9、入控制，当BI=0 (LT 为1 时) 则不论DCBA 之输入为何，其输出abcdefgMRk838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且 BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0 时的DC数据供译码器译码。换句

10、话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保留原来在LE 由0转为1以前的资料。（6）总体原理电路图：（7）实物图：四、原件材料清单：五、总结：经过一周的学习与设计，我对于数字频率计的组成与功用有了了解与掌握，并且对于数字频率计的个部分电路有了各设计的方案进行了论证与设计。在设计频率计的电路过程中对于逻辑控制电路有了更深一步的认识，了解并掌握了芯片74LS123的功能与连接，并且对于译码显示器、计数器与锁存器的工作有了认识与了解。对于被测信号的处理也比从前的理论掌握的更加准确；在这一周的设计中，我发现了自己许多的不足，在设计中遇到了一些困难，设计的电路经过测试并不能达到要求的功能，导致设计失败，又重新查找资料进行设计与修改，而最终终于在为期一周的努力下设计出了符合要求的频率计数器。通过设计也达到了设计的目的，了解掌握了数字电子技术的知识并应