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数字频率计设计方案

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数字频率计设计方案

数字频率计是直接用十进制数码来显示被测信号频率的一种测量装置。本频率计在电

路设计中充分考虑了电路简洁，功能实用，制作方便，调试简单，性能良好，成本低廉。

电路工作原理

频率是单位时间里脉冲的个数，数字式频率计的测量原理分直接测频率法和测周期法

两类，直接测频法是测量单位时间内被测信号的周期数。

考虑使用常见元件和降低成本，本设计采用直接测频率法，电路主要由五部分组成，

其方框图如图1所示。

被测信号经放大、整形后，送入计数器进行计数；秒脉冲电路产生标准秒脉冲，经闸

门控制电路形成控制信号控制计数器的工作模式；计数结果由数码管直接显示出来。

电路原理图如图2所示。由以下几部分电路组成：

1．放大整形电路由Q3、Q4、VD3、VD4、IC4及外围元件组成，对输入信号进行放大、

整形处理，将被测信

号变换成矩形开关信号。输入信号由“lN”输入端输入，C3、C4、R6、R7、VD3、

VD4组成输入及限幅保护电路。Q3、Q4组成宽频带放大器，Q3为结型场效应管、用于提高

输入阻抗。4049反向器D5、D6和电阻R14、R15构成施密特触发器，将模拟信号变换成边

沿陡直的方波脉冲送入计数器CP。C3、C4、C5、C7为耦合电容，C6、C8为旁路电容。

2．秒脉冲产生电路秒脉冲由石英钟集成电路SM5544产生。该集成电路内包含32．768kHz

晶振、多级分频、放大驱动电路等。由于IC1与外接的32．768KHz实时晶振共同构成

32．768KHz振荡器，其3脚交替输出窄脉冲信号。脉宽31．2ms，周期2s，两输出脉

冲时差1s，经三极管QQ1、Q1、QQ2、Q2放大后再和与非门IC2B作与非运算，输出周期

为1s的窄脉冲。

各点波形如图3所示。

3．闸门控制电路其作用是形成计数器所需的控制脉冲。秒脉冲信号经八进制计数／

分配器CD4022(IC3)、与非门IC2D、IC2A、IC2C处理后，形成清零信号R和闸门控制

信号INH。当R=1时，计数器直接清零；INH接闸门控制信号，当INH=0时，计数器开始

计数，当INH=1时。计数器停止计数，但显示的结果被保留。计数器按清零(31.2ms)→计

数(1s)→显示(6．9688s)→清零(31．2ms)→……的模式循环工作，在8s的一个循环周

期中，清零和计数的时间一共只有1s多，而显示时间将近7s，可以方便地读取数据。

各点波形如图4所示。

4．计数，显示电路根据技术要求。选择五位计数显示电路，采用U1～U5共5块CMOS

十进制计数7段译码器HCF4026BE和5个LED共阴极数码管组成十进制计数显示器。

4026内部包括十进制计数器和7段译码器两部分，译码输出可以直接驱动LED数码管。

元件的选择

1．集成运放的选择根据主体设计思想、各部分电路的实际工作要求等相关内容，查

阅集成电路手册，考查其内部电路结构和相关参数，石英钟集成电路选SM5544,组成施密

特触发器的非门选HD14049UBP，秒脉冲处理电路选八进制计数／分配器CD4022BE，与

非门电路选HEF4011BP，计数显示电路采用CMOS十进制计数／七段译码器HCF4026BE和

LED共阴极数码管选GEM5101AE—D。实验得知完全能达到工作要求。

2．场效应管的选择根据技术指标，输入灵敏度

3．三极管及其偏置电阻的选择由于石英钟集成电路SM554输出电平较低，小于4011

与非门的开启电压，难以实现电平转换，因此选择4个三极管9013，使它们工作在开关状

态，从而实

现

4022高低电平的转换。为保证4个三极管工作在开关状态，其偏置电阻选择10kΩ。

在信号输入端，为保证较低信号整形，从场效应管输出实现波形放大，选三极管9018，同

时为实现其工作在开关状态，取R9=15KΩ。R12=5．1KΩ，R10=300Ω，R13=33Ω。

4.二极管及限流电阻的选择查集成电路手册知，SM5544供电为1.2—1．8V，而整

个系统工作电压是+5V，为此选择VD1、VD2、R1回路为IC1提供1．4V电源电压，VD1