简易数字频率计数器的课程设计报告

题号 满分 电评分依据 路 设计 电路的调试及工作情况 50 一、实物 30 20 回答 问题 20 二、课程设计论文 0 设论文规范性 计原理简述及原理图 得分 总分=实物*50%+课程设计报告书*50%。

测试结果及分析 620 总分 100

目录

第一章 引言.................................................................................................................. 1

1.1设计要求.......................................................................................................... 1 1.2系统概述.......................................................................................................... 2 第二章 设计方案分析与论证...................................................................................... 3

2.1算法设计.......................................................................................................... 3 2.2整体方框图以及工作原理.............................................................................. 3 第三章 单元电路设计.................................................................................................. 5

3.1时基信号产生电路：...................................................................................... 5 3.2放大整形电路：.............................................................................................. 6 3.3计数电路.......................................................................................................... 7 3.4译码显示电路.................................................................................................. 8 3.5逻辑控制电路.................................................................................................. 8 第四章 简易数字频率计实物制作............................................................................ 10

4.1频率准确度.................................................................................................... 10 4.2频率测量范围以及各电路测试.................................................................... 10

4.2.1石基电路测试：................................................................................. 10 4.2.2放大与整形电路测试：..................................................................... 10 4.2.3测试译码显示部分：......................................................................... 10 4.2.4计数模块测试：................................................................................. 10 4.2.5逻辑控制模块测试：......................................................................... 11 4.3整体测试........................................................................................................ 11 4.4频率计数器的实物照片................................................................................ 11 第五章 测试结果分析与设计体会............................................................................ 12

5.1测试结果........................................................................................................ 12 5.2设计任务完成情况........................................................................................ 12 5.3问题及改进.................................................................................................... 12 5.4设计体会........................................................................................................ 13 参考文献...................................................................................................................... 14 附录一 控制电路波形示意图.................................................................................... 15 附录二 电路原理图.................................................................................................... 16 附录三 元器件清单.................................................................................................... 17 附录四 PCB布线参考图 ........................................................................................... 18

第一章 引言

电子工程师经常需要测量频率，时间间隔，相位和对事件计数，精确的测量离不开频率计数器或其他同类产品，如电子计数器和时间间隔分析仪。

频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量并用数字显示的频率测量仪器。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。

其最基本的工作原理为：当被测信号在特定的时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。

频率计数器主要由四个部份构成：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、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。衡量频率计数器主要指标是测量范围、测量功能、精度和稳定性，这些也是决定价格高低的主要依据。

1.1设计要求

一、设计一个简易的数字频率计数器。 1、频率测量范围：1～9999Hz；

2、可输入的被测信号的波形：正弦波、方波、以及三角波中任意一种波形； 2、输入电压幅度：300mV～5V； 4、显示方式：四位数码管LED显示； 5、测量误差≤±0.1%。

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1.2系统概述

该频率计的测频范围0Hz～9999Hz，测量的电压范围为300mV～5V，该电路大致可分为模拟和数字两个部分：

模拟部分包括信号放大电路、信号整形电路；数字部分包括计数电路、显示电路、时基信号发生电路与计数器与锁存器控制电路等。

该电路设计的整体思路就是将交变的模拟信号转换为数字信号，然后实现频率的计算。当在该电路的输入端输入变化的模拟信号时，通过由比较器组成的整形电路进行整形。此时该部分输出的信号就变成了规则的数字脉冲信号，最后通过数字电路来实现计数功能。整形过后数字信号就可以通过计数器等数字电路来处理。计数器与显示电路相连。即可显示所测的频率。其中时基信号发生电路的作用是产生一秒钟脉宽的时基信号，来控制计数器实现一秒钟的计数，同时时基信号还控制锁存电路，当计数结束后及时锁存数据以实现稳定的显示。

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第二章 设计方案分析与论证

2.1算法设计

频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图2.1所示的算法。图2.2是根据算法构建的方框图。

图2.1

在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。该闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关所以这里我们采用误差很小的晶振分频电路来产生1s的闸门信号。

2.2整体方框图以及工作原理

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=N/t

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32.768K Hz石英晶体振荡器做成标准时间信号发生器。通过分频之后可以的到一定宽度的砸门信号。

系统结构框图如图（图2.1）所示被测量信号经过放大与整形电路传入十进制计数器，

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