课程设计 简易数字频率计2008-10-18 13:16课题名称：简易数字频率计

主要技术指标和要求：

（1） 被测信号的频率范围100Hz～10kHz

（2） 输入信号为正弦信号或方波信号

（3） 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位

（4） 具有超量程报警功能

【摘 要】在电子系统非常广泛应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路，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、测量结果都有十分密切的关系，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，文章主要阐述了选择单片机作为核心器件，采用模块化布局，设计了一个简易数字频率计的过程。

设计思路

频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置，它可以测量正弦波 方波和三角波的频率，利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1S内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上

常用的频率测量方法

（1） 测频法

测频法的基本思想是：对频率为f的周期信号，用一个标准闸门信号对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N时，其信号频率为

如图

测频法的测量误差与信号频率有关:信号频率越高误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大，因此，测频法适合于对高频信号的测量，测量越高，测量精度也就越高

（2） F/V 与A/D法

这种测量方法是先通过F/V变换，把频率信号转换成电压信号；然后再通过A/D转换把电压信号转换成数字信号，在对数字信号进行计数，从而得到测量信号的频率

根据性能与技术指标的要求，首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法，根据上述频率测量原理与方法的讨论，本设计采用测频法

由于测频法的测量误差与信号频率成反比：信号频率越低，测量误差越大，信号频率越高，测量误差越小。用测频发所获得的测量数据，在闸门时间为1S时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率，另外，在信号频率较低时，可以通过增大闸门时间来提高测量精度

电路设计

用测频发构成的数字频率计的原理框图如图示

（1） 放大整形电路

由二极管及电阻构成的幅度扩展电路和555构成的施密特触发电路构成整形电路，如下图示

二极管D1 D2 及电阻R1R2构成信号幅度扩展电路，当输入信号较小时，限幅器的二极管均截至，不起作用。用555构成的施密特触发器作用是将输入的周期性信号，如正弦波三角波或其他呈周期性变化的波形换成脉冲波形，其周期不变

（2） 时基电路

时基电路的作用是控制计数器的输入脉冲。当标准时间信号到来时，闸门开通，被测信号通过闸门进入计数器计数，当标准脉冲结束时，闸门关闭，计数器无脉冲输入，时基电路可以由555定时器构成的多谐振荡器实现 如下图

产生的方波信号高电平时间长度为1S，低电平时间长度为0.25s。利用公式t1=0.7（R1+R2）

t2=0.7R2C计数参数，参数如上图

（3） 控制电路

控制电路可以由555构成的单稳态电路构成 如下图

逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生的负跳变来产生锁存信号，同时锁存信号经反相又产生清零信号，锁存信号的脉冲宽度由单稳态电路本身的时间常数决定

（4） 计数 锁存 译码 显示电路

计数电路用4个同步十进制加法计数器构成，可以选择同步十进制加法计数器74LS160同步十进制可逆计数器 74LS190或 74LS192 双 BCD码计数器CD4518等集成电路来实现，译码器可采用共阴极显示译码器 74LS48或共阳极显示译码器74LS47，具体根据数码管的型号来确定。锁存器则可选用 8D锁存器74LS373或 74LS273

锁存器的作用是将计数器在1s结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值，当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，输出不在改变

（5） 总电路图

收获与体会：通过本次课程设计，体会到了设计的艰辛，第一部分为课题的初步考虑。通过查资料找线索，提出不同方案，并对各种方案进行比较讨论，选取了最好的方案而且对总框图进行构思和设计第二部分为系统的详细设计。这一部分是最有挑战性的。为了实现各模块的功能而苦苦奋战。经过无数次修改而成功。初步尝到成功的喜悦。增强了进一步设计的信心。第三部分为系统完成下载阶段。这阶段也遇到困难。不过解决起来容易多了。对各种问题有了经验。测试，下载，连线。终于设计初步完成了。