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武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书
简单数字频率计的设计与制作
1概述
频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值，依照本课程设计的初始条件使用
直接测量法测量输入频率为1～9999H的信号，本文设计的主要思想体现在：利
Z
用放大整流电路将待测信号变成方波脉冲信号，利用时控电路使待测电路在标准
的一秒脉冲内输入计数，利用十进制计数器74LS160实现脉冲计数功能，利用
74LS48译码，使七段数码管显示待测信号频率N。所显示的数值N是0001~9999。
2电路设计方案的确定
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、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，稳定显示在数码管上。
根据其工作原理，可以设计出有以下两种方案。
2.1方案一
方案一为利用锁存器和计数器设计的数字频率计。其基本原理是待测信号经
过放大整形成幅值变大频率不变的方波脉冲，与时基电路产生的标准时基信号进
入门闸电路，时钟电路控制计数器的计数与保持状态，高电平计数，低电平计数
器处于保持状态，数据进入锁存器进行锁存显示。
其原理框图如下所示：
图1方案一原理框图
2.2方案二
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武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书
方案二为利用时控电路与计数器设计的数字频率计。其基本原理是待测信号
经过放大整形成幅值变大频率不变的方波脉冲，与时控电路中555构成的单稳态
触发器定时产生的标准1s信号同时送入计数器，使计数器在标准1s内对待测信号
内含有的脉冲数进行计数，并译码显示；同时利用时控电路里的单刀双掷开关，
根据芯片逻辑功能对计数器进行清零，以便计数。
其原理框图如下所示：
图2方案二原理框图
2.3方案分析与选择
两个方案最大的区别在于时控电路对计数的控制以及译码信号的锁存。方案
一的实际原理偏复杂，用Proteus可以仿真出正确的结果，但是由于较方案二多
出两块锁存器芯片，增添了实物操作、调试时的负担。方案二的核心设计知识均
来自于课本，整体结构简单，元器件数目少、常见易用，能够通过仿真验证其功
能实现的正确性，并且设计有清零端口使实际运用时操作更直接。
综合考虑设计原理难易程度、制作与调试易实现程度、元器件使用难易三方
面，选择方案二。
3单元电路设计与分析
3.1放大电路
为了能测量不同电平值与波形的周期信号和频率，必须对被测信号进行放大
与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。由运算放大器使信号幅
值扩展，其放大倍数为R7/R5。放大电路的连接图如图所示：
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武汉理工大学《电工电子综合课程设计》说明书
图3放大电路连接图
3.2整形电路
波形的整形用到了555构成的施密特触发器，利用其波形变换、整形的功能
将三角波、正弦波等变成矩形波，整形后变为较理想的方波脉冲。整形电路的连
接图如图所示：
图4整形电路连接图
3.3时控电路
本文的时控电路是由单稳态触发器和一个与门组成的，而单稳态触发器是由
555定时器组成，通常单稳态触发器的作用有定时、延时和噪声消除，本文是利用
它的定时作用，即只有在单稳态触发器脉冲时间内，输入信号才有可能通过与门。
假设输入信号经过放大整形成了被测信号，时控电路使之在输出脉冲时间内进入
计
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