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引言

数字频率计是直接用十进制数字来显示被测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。

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。测量频率的办

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。电子计数器测频有

两种方法：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二

是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测

频法适用于低频信号的频率测量。其测频原理总框图如下图1所示：

图1数字频率计整体方案结构方框图

本次设计要求设计一个频率计数器，能够用来测量正弦信号和矩形信号波形

工作频率的电路。其测量结果直接由四位十进制数字显示。其原理是根据每个闸

门时间内高频标准脉冲的个数，求得被测信号的个数，从而求得被测信号频率。

设计主要由时基电路，放大整形电路，闸门电路，计数器等实现。电路的涉及主

要依据了数字电路和模拟电路的知识，并将完成其对信号的频率和周期的测量。

关键词：频率频率计设计

1系统概述

1.1整体功能要求

频率计主要用于测量正弦波、方波、三角波等周期信号的频率值和周期，以

及脉冲波的脉冲宽度。

1.2系统结构要求

数字频率计的整体结构要求如图1-1所示。图中被测信号为外部信号，送入

测量电路进行处理、测量。

图1-1数字频率计整体结构框图

上图各单元电路的工作原理如下：

（1）整形电路：将输入的非矩形周期信号(如正弦波、三角波等)进行整形，

使之成为矩形脉冲。整形输出波形频率不变。

（2）时基电路：作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1s）。

（3）闸门电路：闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直

到1s信号结束时闸门关闭，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fx=NHz。

（4）计数器：对脉冲信号个数进行记录。

（5）锁存器：在逻辑控制电路控制下锁存信号。

（6）译码器：译码器的主要任务是将计数器的工作状态，翻译成数字并显

示出来。

（7）逻辑控制电路：作用有两个：一是产生锁存脉冲信号，使显示器上的

数字稳定；二是产生“0”脉冲（清零信号），使计数器每次测量从零开始计数。

也即对计数器进行清零，并控制锁存器。

1.3电气指标

本实验涉及的电气指标包括：

（1）被测信号波形：正弦波、方波、脉冲波；

（2）测量频率范围：1Hz-10Hz

（3）测量周期范围：1s--0.1ms

（4）测量精度：小于或等于0.1Hz

1

2整体方案设计

2.1算法设计

所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1s）里变化的次数。若在一定时间

间隔T内测得的这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T;

只要知道了N和T就可以求得频率。频率是周期信号每秒内所含的周期数值。可

根据这一定义采用如图2—1所示的算法。图2—2是根据算法构建的方框图。

图2—1频率测量算法示意图

图2—2频率测量算法对应的方框图

在测试电路中设置一个闸门产生（时基）电路，用于产生脉冲宽度为1s的

闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开端。让被测信号送入闸门电路，

当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计

数电路用以计算被测输入信号的脉冲个数），当