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数字频率计一、设计目的（1）了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理；（2）熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。二、设计任务与要求要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为：（1）测量范围：1HZ—9.999KHZ，闸门时间1s；10HZ—99.99KHZ，闸门时间0.1s；100HZ—999.9KHZ，闸门时间10ms；1KHZ—9999KHZ，闸门时间1ms；（2）显示方式：四位十进制数。（3）当被测信号的频率超出测量范围时,报警。三、原理电路和程序设计（1）数字频率计基本原理及原理图所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为fx=N/T。因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。可见数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成图一数字频率计原理图清零信号锁存信号ⅣⅤTNⅣⅤⅢⅡⅠ整形放大电路计数器锁存器译码器逻辑控制电路显示器时基电路闸门ⅠⅡⅢ（2）整体电路A、整体电路图B、整体电路时序（3）单元电路设计A、整形放大电路电路功能：将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。电路参数设置：a.静态工作点设置：UBQ=[Rb1/(Rb1+Rb2)]*VCCb.动态参数估算：AU=UO/UI=-βR'L/rbe(R'L=RC//RL)Ri=Ui/Ii=Rb//rbe=Rb1//Rb2//rbeRO=RC74LS00与非门逻辑设置（施密特触发器）：B、时基电路电路功能：时基电路的作用是产生标准的时间信号，本电路设计由555组成的振荡器产生。由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。a、555脉冲产生电路电路参数设置：f=1.43/[(R1+2R2)*（C1+C2)]b、分频电路本设计中需要1s、0.1s、10ms、1ms四个闸门时间，右图采用74LS90分别经过一级、二级、三级10分频得到。C、闸门电路电路功能：使分频电路输出的时钟周期信号转换为闸门型号，并与放大整形后的被测型号相与产生计数脉冲。电路组成：由JK触发器JK段接高电平组成T型触发器，使时钟周期信号变为闸门型号。JK触发器逻辑：Q*=JQ'+K'QT型触发器逻辑：Q*=Q’闸门电路时序分析：上方---------被测信号中间---------闸门信号下方---------计数信号D、逻辑控制电路电路功能：在闸门信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信的负跳变又用来产生清“0”信号。锁存信号和脉冲信号可由两个积分型单稳态触发器产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。手动复位开关J3按下时，计数器清“0”。电路组成：电路由74LS00与非门电路组成的两个积分型单稳态出触发电路，其中J3开关为手动清零开关。参数设置：tW=RCln[(VOL-VOH)/(VOL-VTH)]tre=(3~5)(R+R'O)Ctd=tTR+tre74LS00与非门逻辑设置（积分型单稳态）：闸门电路时序分析：上方---------闸门信号中间---------锁存信号下方---------清零信号E、显示电路及报警电路电路功能：a、显示电路闸门信号开启时由74LS90组成10进制计数器进行计数；锁存锁存信号后由74LS273锁存计数信号并稳定BCD码输出，经74LS48后进行译码并由数码管显示锁存数据；锁存信号消失74LS90接到清零信号，将原计数复位后等待下一次计数信号。b、报警电路当超过9999就要求报警，即当千位达到9（即1001）时，如果百位上再来一个时钟脉冲（即进位脉冲），就可以利用此来控制蜂鸣器报警。百位进位端、千位计数器对应的Q1、Q4端相与触发蜂鸣器。c、显示电路及报警电路完整电路图：F、总结分析存在问题：a、清零信号脉冲宽度过载，不利于计数电路稳定。b、555时基电路制作的多谐振荡器产生的时钟信号误差对频率计精度有较大的影响。c、电路小数点位置设置需手动调整。d、放大电路电压为12V，IC的电源电压为5V，IC电源需由分压电路分压再经74LS00与非门接成的反相器输出。e、电路使用器件较多。改进方案：a、逻辑控制电路中单稳态触发器可直接使用74LS123；b、555多谐振荡器用晶体振荡电路代替提高精度；c、整形放大电路可由集成运算放大器制成。G、材料清单：H、参考文献[1]数字电子技术基础/阎石主编,清华大学电子学教研组编.第5版.第5版.北京：高等教育出版社，2006.5[2]模拟电子技术基础/童诗白，华成英主编，清华大学电子学教研组编.第4版.北京：高等教育出版社，2006.5[3]电工电子技术实验/周誉昌，蒋力立主编.北京：高等教育出版社，2007.3[4]Multisim电路与电子技术仿真实验/广东工业大学实验教学部，2008.8