简易数字频率计

1、 太原理工大学现代科技学院 电路CAD 课程设计 设计名称 简易数字频率计 专业班级 学 号 姓 名 装订线专业班级 学号 姓名 成绩 简易数字频率计 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、测量结果都有十分紧密的联系，因此频率的测量就显得更为重要。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，是测量频率的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法；二是间接测频法，如周期测频法。本文阐述了基于通用集成电路设计了一个简单的数字频率计的过程。AbstractBe one of the mo

2、st fundamnetal parameter in electron technology medium frequency, parameter measurement scheme, measurement result all have very close something to do with a lot of electricity and, the frequency measurement looks like being more important therefore right away. The method measuring frequency has var

3、ious, among them the electronic counter measures frequency having accuracy height, usage is conveient, measurement is prompt, easy to realize measurement process automation waits for merit and, is one of the important means that frequency measures. The electronic counter frequency having two kinds w

4、ay :Measure frequency law first directly ;Two is indirect measure frequency law, if the period measure frequency law. 装订线目 录一、设计任务与要求3二、方案设计与论证3三、单元电路设计与参数计算41. 我所设计的电路单元42.各部分单元电路原理图 53. 计频电路部分64. 计频电路部分电路原理图 75. 单元电路总结8四、总原理图及元器件清单91总原理9 2说明 10 3元器件清单 10五、结论与心得10六、设计后思考10参考文献11装订线 一、 设计任务与要求设计一个简易

5、数字频率，该频率计测量频率小于10kHz。要求如下1. 要求测量数据显示3秒以上；2. 被测信号为幅值小于10V的脉冲或幅值小于10V的正弦交流电压；3. 该系统框图如图1所示。电源电路计数器锁存电路译码显示电路输入电路图1 简易数字频率计原理框图二、方案设计与论证由于本次设计内容要求将正弦波或三角波转化为方波来进行计频，所以在本次电路中加入了整形电路部分，时基电路部分采用脉冲信号发生器来实现，闸门电路部分与锁存部分电路整合到了计时部分电路中，并将计频电路部分单独列为一框图。逻辑控制电路由若干与非门及与门来实现。系统框图如下：计数器整形电路时基电路闸门电路被测信号锁存器译码显示器逻辑控制电路图

6、2 数字频率计原理框图图2中，各单元电路的工作原理下：（1）整形电路：将输入频率为周期的信号（如正弦波、三角波等）进行整形，使之成为矩形脉冲。（2）时基电路：作用是产生一个标准时间信号 (高电平持续时间为1s)。 （3）闸门电路：闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1s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fx=NHz。逻辑控制电路：作用有两个：一是产生锁存脉冲信号，使显示器上的数字稳定；二是产生“0”脉冲（清零信号），使计数器每次测量从零开始计数装订线（4）计数器：对脉冲信号进行记录。（5）锁存器：在逻辑控制电路控制下锁存信号

7、。（6）译码器：译码器的主要任务是将计数器的输出工作状态，翻译成数字并显示出来。（7）逻辑控制电路：对计数器进行清零，并控制锁存器。三、单元电路设计与参数计算1. 我所设计的电路单元（1）计数电路部分 经过分析决定将电路设计为三部分，这是计时电路部分。频率计测量的是被测信号1s内的周期数，因此需通过此计数器来实现对一秒钟的控制，当一秒钟到时需控制计频电路停止计数，锁存数据，并且该计数器也要显示出计频完成。此部分是通过一个100Hz的交流电源来实现的，需要74160芯片。当计数到100时最高位数码管显示1，其余显示0。通过与门的控制使计数一直停留在100。当100到达时，最高位数码管的4脚是高电

8、平，与电源电压通过与非门，变成低电平输入16脚，使最低位芯片断电，停止计数，这样整个计数器就保持在了100。同时通过与非门的控制输入计频部分的7脚、10脚，控制计频电路。此时正好为1s。经过查找资料，决定选用74160芯片。此芯片为同步加法计数器，引脚排列如图3所示。CT74LS160的逻辑功能如下：CLR=0时异步清零。RCO=0CLR =1、LOAD=0时同步并行置数。RCCLR=LOAD=1且ENT=ENP=1时，按照BCD码进行同步十进制计数。RCO=QD.QACLR= LOAD =1且ENT=ENP=0时，计数器状态保持不变。图3 74160芯片74160芯片价格便宜，容易买到。而且

9、功能强大，抗干扰能力强。后来想到，其实不用用3个74160芯片，1个2个都行，只需要将交流电源的频率改 装订线 成对应的就行，1个芯片就设置成1Hz，2个芯片就设置成10Hz，只要能实现计时一秒就行。同时，不需要那么多与门电路，可以跟计频器一样，通过15脚的控制来实现芯片信号的锁存。以上两种情况还可以减小延时造成的影响。（2）整流电路部分 此部分是将正弦波、三角波等各种波形转换成矩形波，形成矩形脉冲，输入计频电路。主要应用了555定时器，用信号发生仪发出脉冲信号，作为输入信号。2. 各部分单元电路原理图（1）计数电路部分原理图如图5图5 计数电路部分原理图上图显示的结果为计数停止时的结果（2）

10、整流电路部分原理图如图6图6 整流电路部分原理图在电路中加入示波器方便观察波形，便于仿真，验证实验结果。仿真结果见图7、8。 装订线 图7 正弦波转化为矩形波图8 三角波转化为矩形波从仿真结果可以看出实验成功3. 计频电路部分（3）计频电路单元本单元采用四片7610芯片，来实现从09999Hz的频率记录。本单元可以进行扩展，如果进行更高频率的测量，只需添加芯片即可。如，测量范围到99999Hz，只需添加一片芯片即可。另外需要4个数码管来实现数值的显示。Vcc提供电源，输入各芯片的16脚。根据芯片的逻辑功能，当1脚、9脚为高电平， 装订线 且7脚、10脚为高电平时进行计数。第一个芯片的7脚、10

11、脚通过计数部分来控制。当输入的为低电平时，停止计数，并且锁存数据。从而实现数据的锁存。右边的芯片，即高位靠低位芯片15脚的输出来控制是计数还是锁存数据。通过与门电路送入高位芯片的7、10脚。通过逻辑功能分析可以很好的理解芯片的工作原理。用EWB5.0中的逻辑分析仪来测试74160的逻辑功能，A、B、C、D、E分别对应1、2、7、10、15脚。其结果见图4。图4 74160的真值表该单元的计时时间通过计时电路部分来控制，而需测量的脉冲信号由整形电路部分输送，通过时钟信号端2脚送入该单元。这个单元是通过查找资料得来的，该原理图简单直观，易于理解。但原来的原理图上有很多问题。比如最低位上的数据不能锁

12、存。原来是计数部分发来的脉冲送入16脚，这样的话相当于计时时间到了以后最低位芯片断电，致使最低位数据不能锁存。现在将16脚直接接高电平，而将7、10脚接在计时电路送来的脉冲上，这样，就可以实现最低位的锁存。另外，通过自己的类推以及仔细思索，将电路扩展，得到了10kHz的频率计。4. 计频电路部分电路原理图（3）计频电路部分原理图如图9装订线图9 计频部分电路分析：图9为频率8000Hz时的示数。5. 单元电路总结本设计由三部分组成，分别是计时电路部分、计频电路部分和整形电路部分。三部分紧密相连。本次设计的原理很简单，通俗易懂。计时电路计时到1s时停止计时，同时控制计频电路停止计频。被测信号通过

13、整形电路进入测频电路。四、总原理图及元器件清单1总原理图图12 总原理图 装订线图13 PCB电路版图2说明计时电路部分、计频电路部分和整形电路部分三部分组成整个原理图。计时电路利用交流电源作为脉冲信号，该交流电源频率为100Hz，计时到1s时停止计时，同时通过与非门控制计频电路停止计频。被测信号通过整形电路进入测频电路时钟端2脚。完成测频。3元器件清单表1 频率计电路原理图中的元件清单元件序号主要参数封装数量备注C110nFRAD0.21IC67408DIP141IC174160DIP161IC274160DIP161SSGD37_seg_hexSIP41IC47408DIP141SSGD1

14、7_seg_hexSIP41IC374160DIP161IC77408DIP141IC87400DIP141SSGD27_seg_hexSIP41IC97408DIP141IC5555DIP81CLK1100SIP21装订线五、设计心得在实验设计的过程中,让我学会如何分析问题,如何解决问题,以及如何总结问题。在这次设计当中，感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，运用所学的知识，一步一步的去探索。通过本次对简易数字频率计的设计：首先，对先修课程数字电路逻辑和模拟电子计数的巩固：其次，对电路CAD课程有了更进一步的学习。并且熟练地运用EWB软件，Protel99se软件，以及如何将EWB电路生成适用于Protel99se的网络表.NET文件，最后实现PCB图。还有，熟悉了各仿真器件的操作过程。在设计过程中，我们也遇到很多问题，在与同学的探讨下和老师的辅导下，我们也将其修改后得到所预期的实验现象。频率计计频=1/100*计数数*计频数。六、设计后思考：为什么计数电路中用到三个74160？计数电路中若是用一个74160的话，计数只能从