简易数字频率计的设计(数字电路课程设计)

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课程设计任务书

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目 录

内 容 摘 要........................................................................................................ I 一、概述.................................................................................................................... 1 二、方案设计与论证................................................................................................ 1

1．测频法.......................................................................................................... 1 2．测周法.......................................................................................................... 2 4. F/V与A/D法 ............................................................................................... 3 三、单元电路设计与分析........................................................................................ 3

1．放大整形电路.............................................................................................. 3 2． 时基电路.................................................................................................... 4 3． 控制电路.................................................................................................... 5 4． 计数，锁存，译码，显示电路................................................................ 6 四、总原理图及元器件清单.................................................................................... 9

1．总原理图...................................................................................................... 9 2．元器件清单................................................................................................ 10 五、结论.................................................................................................................. 11 六、心得体会.......................................................................................................... 12

七、参考文献 ................................................................................................. 12

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内 容 摘 要

在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，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，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，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，是频率测量的重要手段之一。常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计

关键字：频率 数字频率计 单稳态

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一、概述

频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，方波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。通过时基电路及控制电路 锁存器 将最终频率稳定的显示在数码管上。

二、方案设计与论证

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有以下四种。

1．测频法

测频法定基本思想是：对频率为f第周期信号，用一个标准闸门信号（闸门宽度

为TG）对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N时，其信号频为

f=N/TG

如图1-1所示

图1-1 测频法原理

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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，频率越高，测量精度也越高。

2．测周法

首先把被测信号进行二分频，获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期的方波信号，然后用一个已知周期Ts的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期的时间内对fs信号进行计数，如图1-2所示。

图1-2 测周法原理

若在T时间内的计数值为N，则有 T=N*Ts

即 f=1/T=1/N*Ts=fs/N

测周法测量的误差与信号频率成正比，而与高频率标准计数信号的频率成反比。当fs为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。 由于测周法所获得的信号周期数据，还需要求倒数运算才能得到信号频率，而二进制数据的求倒数运算中小规模数字集成电路却较难实现，因此，测周法不适合本设计要求。测周法/频率法

周期/频率测量是采用两个计数器，分别对被测信号f和高频标准计数信号fs进行计数，其测量原理如图1-3所示。

图1-3 测周期/频率法原理

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在确定的检测时间内，若对被测信号 f的计数值为N1，对高频信号 f的计数值N2，则所测的信号频率为

f=1/T=N1/N2*Ts=N1*fs/N2

可见，周期/频率法需要进行除法运算才能得到信号频率，这用中小规模数字集成电路却较难实现，因此，该方法不适合本设计要求。

4. F/V与A/D法

这种频率测量方法是先通过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，再对数字信号进行计数，从而得到所测信号的频率。

本设计选择了测频法，由于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。用测频法所获得的测量数据，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，如1~100Hz，可以通过增大闸门时间来提高测量精度。

三、单元电路设计与分析

1．放大整形电路

由二极管及电阻组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图1-4

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二极管D1，D2及电阻R1，R2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止，不起作用。用555构成的施密特触器作用是将输入的周期性信号，如正弦波 …… 此处隐藏：4411字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……