1、简易数字频率计 1 目 录 1 技术要求及系统结构 1 1.1 技术要求 1 1.2 系统结构 1 2 设计方案及工作原理2 2.1 算法设计 2 2.2 工作原理 3 3 组成电路设计及其原理 6 3.1 时基电路设计及其工作原理 6 3.2 闸门电路设计 7 3.3 控制电路设计 8 3.4 小数点控制电路 9 3.5 整体电路 10 3.6 元件清单10 4 设计总结11 参考文献 11 附录 112 附录 217 简易数字频率计 2 摘 要 简易数字频率计是一种用四位十进制数字显示被测信号频率（1Hz100KHz）的数字测 量仪器.它的基本功能是测量正弦波，方波，三角波信号，有四个档位
2、（1，10，100， 1000） ，并能使用数码管显示被测信号数据，本课程设计讲述了数字频率计的工作原理以 及其各个组成部分，记述了在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方 案的选择、元器件的筛选、以及在设计过程中的分析，以确保设计出的频率计成功测量被测 信号。 关键词：简易数字频率计 十进制 信号频率 数码管 工作原理 1 技术要求及结构 本设计可以采用中、小规模集成芯片设计制作一个具有下列功能的数字频率测量仪。 1.1 技术要求 要求测量频率范围 1Hz100KHz，量程分为 4 档，即1、10、100、1000。 要求被测量信号可以是正弦波、三角波和方波。 要求测试结果用
3、数码管表示出来，显示方式为 4 位十进制。 1.2 系统结构 数字频率计的整体结构要求如图 1-1 所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进 行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目-频率、周期或脉宽，若测量频率则进一 步选择档位。 图图 1 1- -1 1 数字频率计系统结构框图数字频率计系统结构框图 2 设计方案及工作原理 2.1 算法设计 被测信号被测信号 测量电路测量电路 显示电路显示电路 档位转换档位转换 简易数字频率计 3 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。 被测信号被测信号 图图 2 2-
4、-2 2 频率测量算法对应的方框图频率测量算法对应的方框图 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。改闸门信 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，因此，为保证在 1s 内 被测信号的周期量误差在 10 量级，则要求闸门信号的精度为 10 量级。例如，当被测 信号为 1kHz 时，在
5、 1s 的闸门脉冲期间计数器将计数 1000 次，由于闸门脉冲精度为 10 ， 闸门信号的误差不大于 0.1s， 固由此造成的计数误差不会超过 1， 符合 5*10 的误差要求。 进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝 对值会增大，但是相对误差仍在 5*10 范围内。 但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为 0.5Hz 输入电路输入电路 闸门闸门 计数电路计数电路 显示电路显示电路 闸 门 产闸 门 产 简易数字频率计 4 时其周期是 2s，这时闸门脉冲仍未 1s 显然是不行的，故应加宽闸门脉冲宽度。假设闸门脉 冲宽度加至 10s，则闸门导通期间可以计数 5 次，由于数值 5 是 10s 的计数结果，故在显示 之间必须将计数值除以 10. 2.2 工作原理 输入电路：
