1、数字频率计技术报告 一、问题的提出 在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低， 误差较大。 频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱， 但测量速度较慢， 无法实时快速地跟踪捕捉到被测信号频率的变化。 而频率计则能够快速准确的捕 捉到被测信号频率的变化。 在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在生产测试中。频率计能 够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化， 用户通过使用频率计能够迅速的发 现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电 子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对 无线通讯基站的主时钟进行校准， 还可以被
2、用来对无线电台的跳频信号和频率调 制信号进行分析。 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由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。 二、解决技术问题及指标要求 1、技术指标 被测信号：正弦波、方波或其他连续信号； 采样时间：1 秒（0.1 秒、10 秒） ； 显示时间：1 秒（2 秒、3 秒 ） ； LED 显示； 灵敏度
3、：100mV； 测量误差： 1Hz。 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。一般 T=1s，所以应要求定时器尽量输出为 1s 的稳定脉冲。 2、设计要求 可靠性：系统准确可靠。 稳定性：灵敏度不受环境影响。 经济性：成本低。 重复性：尽量减少电路的调试点。 低功耗：功率小，持续时间长。 三、方案可行性分析（方案结构框图） 1、原理框图 555时基电路 被测信号 计数器 数码显示 器 译码器 闸门 逻辑控制 电路 2、可行性分析 数字频率计是直接用十进制数字来显示被测
4、信号频率的一种测量装置。 它不 仅可以测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲信号和其他具有周期特性的信号的频 率，而且还可以测量它们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉 宽测量仪；可以测量电容做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以 做成数字脉搏仪、计价器等。因此数字频率计在测量物理量方面应用广泛。数字 频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。 四、具体电路原理介绍 本实验主要由 555 时基电路、计数显示电路、控制电路和电源电路等组成。 555 时基电路提供 1s 的脉冲输出，用该 1s 的脉冲触发控制电路产生一定宽度的 闸门信号，当闸门开通时，被测
5、信号进入闸门，作为计数器的时钟信号，计数器 开始计数，1s 结束后闸门关闭，停止计数并且保持计数 N，之后清零，开始下 一周期的计数。则可得被测信号的频率 f=N Hz。逻辑控制电路的一个重要作用 是在每次采样后还要封锁主控门和时基信号输入， 使计数器显示的数字停留一段 时间，以便观测和读取数据，然后再清零，重复下一次采样。这样就达到了测量 频率的目的。 总的波形原理如下图： 根据数字频率计的基本原理， 本文设计方案的基本思想是分为五个模块来实 现其功能， 即整个数字频率计系统分为电源模块、 标准信号产生模块、 门控模块、 信号接收模块和译码模块，并且利用 4013,4518，40106,55
6、5 等芯片，实现了闸门 控制信号、计数电路、显示电路等功能。 定时脉冲 门控 被测信号 计 数 保 持 清 零 1、电源模块 如下图所示，本实验的电源电路采用单项桥式整流，电容滤波，最后经过滤 波器输出稳定的直流电压。输入为 220v的交流电，输出为 9v的直流电压，用于 向整个电路提供电源和高电平。 2、标准信号产生模块 555 时基电路：本实验采用 555 定时器组成的占空比可调的多谐振荡器。由 电容 C 进行充放电。经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通 的基准时间。由于接入了二极管 D5 和 D6，电容的充电电流和放电电流流经不 同的路径。放电经过的电阻值可由滑动变阻器调节。变阻器调节占空比的同时， 也调节了脉冲输出的周期。调节电位器，使最后由 5 引脚输出大约周期为 1s 的 单脉冲 3、门控模块 门控信号产生电路：主要用来控制主控门的开启和关闭，还有整机逻辑关系。 本实验的控制电路主要由 4013 双 D 触发器、4518 计数器、4081 与门、40106 施 密特触发器组成。具体工作过程如下： 电源电路 220V 9V 由
