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1、河南师范大学本科毕业论文数字频率计数器的设计摘 要数字频率计数器是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、三角波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。它的基本测量原理是，首先让被测信号与标准信号一起通过一个闸门，然后用计数器计数信号脉冲的个数，把标准时间内的计数的结果，用锁存器锁存起来，最后用显示译码器，把锁存的结果用LED数码显示管显示出来。本设计是由模块电路组成的，包括各种集成块、逻辑器件、简单的电子器件。以此为基础设计的简易数字频率计，实现了频率和周期的测量。同时，本设计还使用
2、了扩展电路，扩大了测量范围。最后对本设计中所用的集成电路，以及简易数字频率计的调试作了简单说明。关键词： 频率计数器；集成电路；分频；译码；触发器The Design of Digital Frequency Meter AbstractThe digital frequency meter is an indispensable instrument of computers, communications equipment, audio, video production and other research fields. It is measured the signaling fr
3、equency the numeral metering equipment. which is one kind with the decimal digit demonstrated Its basic function is surveys the sine signal, the square-wave signal, the triangle wave signal and all that each kind of unit time endomorphism physical quantity. The basic measurement principle is, let th
4、e measured signal with the standard signal along through a gate. Then Counting the number of pulse signal, the standard time of the count results, the latches latch, Finally, show decoder, and the results latch LED digital display of show. This design is composed by the module electric circuit, incl
5、uding each kind of integrated block, logical component, simple electronic device for foundation simple digital frequency meter. Has realized the frequency and the cyclical survey, at the same time, this design also used the expander to expand the survey scope. And, the integrated circuit which uses
6、to this design in, as well as in the simple digital frequency meter debugging has given the simple explanation.Key words: frequency meter；integrated circuit；Frequency Divider； Decoder；steady trigger 目 录摘要IAbstractII前言11 数字频率计测量的基本原理 21.1 数字频率计测频率的基本原理21.2 数字频率计测周期的基本原理32 设计方案 43 数字频率计设计 63.1 数字频率计的主
7、要技术指标63.2 数字频率计各模块功能设计63.3 系统工作过程分析124 扩展电路的设计 155 简易数字频率计的调试 185.1 电路的调试185.2 数字频率计指标的测试186 结束语 19参考文献20致 谢21附 录22IV前 言在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，我们通常要对石英晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号进行频率的测量。而在广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域，更需要进行频率的测量，频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。近代的数字频率计就其功能而言，早已超出了早期的测量频率的范畴，更具有测量周期、频率比、脉冲时间、累加计数等新的用途。它
8、能够输出标准频率、时标脉冲、闸门时间脉冲即编码信号等，成为一机多能的测频设备。其特点是测频范围宽、测量精度高、测量速度快、自动化程度高、直接数字显示、操作简便。目前市面上出售的数字频率计功能很多，价格不菲。本设计中的简易数字频率采用中小规模集成电路制成，简单实用，效果很好。它是能把测量出来的周期量和频率量用数码显示器直接显示出来的测频设备。同时这款设备还增加了扩展电路，以应对在工作中遇到的大频率的情况。1 数字频率计测量的基本原理数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、三角波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。用它可以测量频率、周期
9、、被测信号的脉冲宽度等1。当被测信号的频率比较高，相对精度高时，可用频率测量法。当被测信号的频率比较低，相对精度高时，可以用周期测量法2。在设计数字频率计之前，先了解一下数字频率计测量的基本原理。下面仅以简单叙述介绍其测频及测量周期的原理。1.1 数字频率计测频率的基本原理 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 （1.1）脉冲形成电路闸门电路计数译码显示门控电路时基信号发生器12345fx图1.1 数字频率计测频的基本原理框图如图1.1所示为数字频率计测频率的基本原理。其中脉冲形成电路的作用是将被测信
10、号变成脉冲信号，其重复频率等于被测信号频率fx. 时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确的等于1s。闸门电路由标准的秒信号进行控制，当秒信号到来时，闸门打开，被测信号经过闸门送到计数器，开始计数3。秒信号结束时，闸门关闭，计数器停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率=NHz。1.2 数字频率计测周期的基本原理当被测信号的频率较低时，采用直接测频方法由量程误差引起的测频误差太大，为了提高测低频时的准确度，应先测周期，然后由公式（1.2）计算信号的频率。 （1.2）时基信号发生器闸门电路计数译码显示门控电路放大整形电
11、路图1.2数字频率计测周期的基本原理框图数字频率计测周期的原理框图如图1.2所示。被测信号经过放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，如10ms，则闸门打开的时间也为10ms，在此期间内，周期为Ts的标准脉冲通过闸门进入计数器计数。若Ts1，则计数器计得的脉冲数N=/=10000个。若以毫秒（ms）为单位，则显示器上的读数10.000即为被测信号的周期。由此利用公式（1.2）可以得出被测信号的频率为100HZ. 以上分析可见，频率计测周期的基本原理正好与测频相反，即被测信号用来控制闸门电路的开通与关闭，标准时基信号作为计数脉冲。2 设计方案本节是设计的准备阶段，也是整个设计的关键部分，
12、下面的工作都是以其为中心展开的。在下面的各节里对简易数字频率计的设计方案进行了可行性的论证。被测信号fx经过由一个放大器和一个施密特触发器组成的脉冲形成电路整形变成脉冲信号，其周期Tx与被测信号周期相同。方案使用小信号放大、整形电路来提高系统的测量精度和灵敏度2。时基电路用32768HZ晶体振荡模块输出标准时间信号，其高电平持续时间为1秒，也即计数器的计数时间为1秒，计数器的累计脉冲个数N就是被测信号的频率。逻辑控制单元由单稳态触发器74LS123等组成，它有两个作用，一是产生清零脉冲，使计数器每次从零开始计数。二是产生锁存信号，使显示器上的数字固定不变，这些信号之间的时续关系如图2.1(b)
13、所示。系统测试部分采用中小规模集成电路，用机械式功能转换开关换挡，完成测频率、测周期以及测脉宽等功能。设计方案特点是中小规模集成电路应用技术成熟，能可靠的完成频率计数器的基本功能。原理框图如下页图2.1所示： 逻辑控制电路译码显示器锁 存 器计 数 器闸 门 电 路放大整形电路时基电路 (a) (b)图2.1 采用中小规模集成电路的方案框图3 数字频率计设计3.1 数字频率计的主要技术指标根据要求，运用所学的知识对数字频率计的指标、主要的电路设计作了分析。（1）频率准确度 一般用相对误差来表示，即 （3.1）式中， 为量化误差(即1个字误差)，是数字仪器所特有的误差，当闸门时间T选定后，被测频率越低，量化误差越大（其中N为计数值，f
