1、海南省大學生電子設計競賽設計報告題目:數字頻率計學校：瓊州學院參賽隊員：董晉瑋程宇葛帥強指導老師：2012年11月目錄摘要 關鍵詞設計要求 第一章：數字頻率計測頻的基本原理 第二章：基本單元電路設計2. 1放大整形電路設計與仿真 2.2時基電路 2.3閘門電路 2. 4邏輯控制電路設計2. 5鎖存及譯碼電路設計2. 6整體電路圖及仿真2.7整機元件清單第三章：系統組裝、調試及結果第四章：課程設計總結致謝參考文獻（瓊州學院電子信息工程學院,摘要：數字頻率計是一種用十進制數字顯示被測信號頻率的數字測量儀器,其功能是測量正 弦信號，方波信號，尖脈沖信號以及其他各種單位時間內變化的物理量，因此已經成為

2、電路設計 的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在電子技術中，頻率與許多電參量的測量方案、測量 結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種，其中數字 計數器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現測量過程自動化等優點，是頻 率測量的重要手段之一。其原理為通過測量一定閘門時間內信號的脈沖個數。本文闡述了設計了 一個簡單的數字頻率計的過程。關鍵詞：數字頻率計設計要求設計任務及要求：設計一簡易數字式頻率計，其設計要求及技術指標是：1 .基本要求：（1）被測信號為矩形脈沖信號，04V：（2）顯示的頻率范圍為00009999Hz：（3）測量精度為?1Hz：（4

3、）用LED數碼管顯示頻率數值。2 .擴展部分：（1）輸入信號為正弦信號、三角波，幅值為10mV；（2）顯本的頻率范圍為"10MHz：（3）自動量程切換；（4）如何提高測量的精度。頻率是指單位時間內信號振動的次數。從測量的角度看，即在標準時間內，測得的被測信號 的肽沖數。其測量的頻率的方框圖如卜.圖所示。被測信號送入通道，經放大整形后，使每個周期 形成,個脈沖，這些脈沖加到主門的A輸入端，門控雙穩輸出的門控信號，加到主門的B輸入端。 在上門開啟時間內，脈沖信號通過上門，進入計數器，則計數器記得的數，就是要測的頻率值。 如果主門的開啟時間為T秒，計數器累枳的數字為N,則被測的頻率為人=:

4、。元器件清單：NE555X 1 片74LS123X2 片74LS90X4 片74LS273 X 2 片74LS48X 4 片BS202X4個（共陰LED數碼管）74LS00X 2 片三極管9014X1只二極管1N4007X1只電阻：10kQ X3, 47kQX2, 39kQ X2, IkQ XI, 3.3kQ XI, 680Q X28電位器；50kQ XI, lOOkQ XI瓷介電容:0.01PFX1電解電容：47UFX1, 4.7UFX2, IOOpFXI, lOuFXl按鈕開關XI第一章數字頻率計測評的基本原理頻率計是宜接用十進制來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它可以測量正弦波、方波、三

5、 角波的頻率。利用施密特觸發器將輸入信號整形為方波，并利用計數器測最1s內脈沖的個數， 利用鎖存器鎖存，穩定顯示在數碼管上。頻率是指單位時間（Is）內信號振動的次數。從測量的角 度看，即單位時間測得的被測信號的脈沖數。被測信號送入通道，經放大整形后，使每個周期形 成一個脈沖，這些脈沖加到主門的d輸入端，門控雙穩輸出的門控信號加到主門的8輸入端。在 主門開啟時間內，脈沖信號通過主門，進入計數器，則計數器記得的數，就是要測的頻率值。如果主門的開啟時間為左，計數器累積的數字為M則被測的頻率為頻率測量原理 設計框圖如下：頻率計總體框圖第二章：基本單元電路設計2. 1放大整形電路設計與仿真放大整形電路本

6、部分電路由三極管放大電路和門電路組成。作用是將正弦波或三角波輸入信號整形成同頻 率方波，測試信號通過通過三極管放大電路進行放大，使微弱信號到達可測量的幅度。經過放大 整形后的方波送到閘門以便計數。放大整形電路整形放大電路的設計仿真用于非矩形波信號頻率的測量。通過頻率放大電路后，非矩形波可轉化為矩形波，且其頻率 保持不變，即達到了測量任意波形信號頻率的測量的擴展目的。仿真原理圖：整形放大電路的仿真3. 2時基電路時基電路本部分電路由555芯片組成，作用是提供用于測量單位時間（1s）,即閘門信號的開啟時間。 同時產生的力波信號下降沿激發鎖存器的鎖存信號，再由該信號激發計數蒲的計數信號。時基電路時基

7、電路的仿真采用555多謝振蕩電路，輸出方波周期為：T=0.7x （Rp+R1+2R2） C;可調電阻Rp=O100KQ,輸出方波的周期T=O.75s1.575s,占空比D=68.8%82.67% 仿真原理圖：555多諧震蕩電路的仿真 仿真結果：555多諧愛蕩電路的仿真波形4. 3閘門電路本部分電路由與門組成，該電路有兩個輸入端和一個輸出端，輸入端的一端，接門控信號， 另一端接整形后的被測方波信號。閘門是否開通，受門控信號的控制，當門控信號為高電平“1” 時，閘門開啟；而門控信號為低電平“0”時，閘門關閉。顯然，只有在閘門開啟的時間內，被測 信號才能通過閘門進入計數器，計數器計數時間就是閘門開崗

8、時間。可見，門控信號的寬度一定 時，閘門的輸出值正比于被測信號的頻率，通過汁數顯示系統把閘門的輸出結果顯示出來，就可 以得到被測信號的頻率。采用2/5分頻十進制加法計數器74LS90,四片級聯可擴展測量范困到19999Hz. R”、 R92端置零，Rn、%?單穩態觸發器輸出的控制段相接，起到給計數器清零、為卜一周期的計數做準備的作用。邏輯控制及閘門電路2. 4邏輯控制電路設計邏輯控制電路本部分電路由單穩芯片和門電路組成。作用是提供計數器的計數信號和鎖存器的鎖存信號。 各部分信號邏輯關系如圖所示。其中：A為被測信號；B為時基信號，秒脈沖；C為鎖存器送數 信號：D為計數器清零信號；E為計數器計數脈

9、沖信號。各部分波形邏輯關系邏輯控制電路的仿真采用74LS123集成芯片，其功能表如下：邏輯控制電路的仿真采用lQ-與2A相連，比1Q與2A相連精度更高，因為1Q將產生20ms寬的脈沖信號，控 制清零的信號產生一定的延遲，在測量頻率相對較高的信號時建會產生一定的誤差。仿真原理圖：邏輯控制電路的仿真鎖存信號與時基信號邏輯關系圖 計數信號與時基信號邏輯關系圖 2. 5鎖存及譯碼電路設計本部分電路由鎖存器和譯碼器組成。其中計數器按十進制計數。如果在系統中不接鎖存器， 則顯示器上的顯示數字就會隨計數器的狀態不停地變化，只有在計數器停止計數時，顯示器上的 顯示數字才能穩定，所以，在計數器后邊必須接入鎖存器

10、。鎖存器的工作是受單穩態觸發器控制 的到。門控波形的下降沿，使單穩態觸發器1進入暫態，單穩態1暫態的上升沿作為鎖存器的鎖 存（使能）脈沖。鎖存器在鎖存脈沖作用下，將門控信號周期內的計數結果存儲起來，并隔離計數 器對譯碼顯示的作用。在鎖存器將門控信號周期內的計數結果存儲起來情況3把所存儲的狀態 送入譯碼器進行譯碼，在顯示器上得到穩定的計數顯示。計數鎖存及顯示洋碼電路 計數鎖存及顯示譯碼電路仿真 2. 6整體電路圖及仿真整體電路圖整體電路圖整體電路仿真圖：2. 7整機元件清單元件清單名稱參數個數備注555174LS1232集成單穩74LS00274LS904計數器74LS2732鎖存器74LS48

11、4譯碼器共陰極數碼管4滑動變阻器100K1滑動變阻器17K1電阻17K2電阻39K2電阻10K3電阻3. 9K1電阻101電阻1K1電容10uF1電容0. OluF1電容4. 7uF2電容17uF1電容lOOuF1三極管3DG1001二極管1N40021開關1導線若干集成塊配套管座若干1被測信號顯示電路顯示電路接下來是根據電路圖在萬能電路板上將革個元器件用導線連接好。在系統的組裝前，我們對 整體電路在電路板上排好了版。連接完成后，我們將5V的電源接入電路，對簡易數字頻率計進 行調試。調試完成后，一個簡易數字頻率計而設計就完成啦！數字方案比較本設計由三部分：被測信號、檔位轉換K、檔位轉換，可以基本完成正弦波、三角波、矩形波的測量，還可通過4位LED數碼或者液晶顯示。方案一：方案二：方案三：1.設計與論證1 .1設計內容本設計完成了整套機械部分的設計與組裝，不僅強化了自己的動手能力，還使 自己的專業知識得以應用，進一步頑固所學知識。2 . 2分析與論證研究方法：1 .根據自己掌握的基礎知識對題目進行分析：2 .對當代實際情況進行調查研究，對結果進行分析；3 .通過圖書館，網絡，文獻等相關資料了解表決器在國內外的發展情況；4 .設計分析，跟指導老師進行討論：5 .結合自己所學的知識進行設計，通