简易频率计设计报告 .pdfVIP

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一、设计任务与要求

1.知识点及设计内容

计数器、锁存器的工作、译码器、显示器的工作原理,限幅器和

整形电路的工作原理;涉及芯片管脚及功能的使用。

2.设计任务

(1)频率计测量范围0~9999Hz,闸门信号采样时间为1s。

(2)最大读数为9999Hz。

(3)采用四位数码显示。

(4)输入信号最大幅值可以扩展。

二、设计的方案与论证

频率计又称为频率计数器,是一种专门对被测信号频率进行

测量的器电子测量仪器。频率计主要由四个部分构成:时基(T)

电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。频率计最基本的

工作原理为:当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时,

则被测信号的频率f=N/T(如下图①所示)。在一个测量周期过

程中,被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之

后形成特定周期的窄脉冲,送到主门的一个输入端。主门的另外

一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开

启主门的期间,特定周期的窄脉冲才能通过主门,从而进入计数

器进行计数,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值,

内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设

置。

1

整形电路计数器寄存器显示器

同步检测自动换挡

时钟分频器量程选择

①数字频率计的组成框图

三、电路设计计算与分析

1.原理说明

输入电路:由于输入的信号可以是正弦波,三角波。而后

面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波,所以需要设计一

个整形电路则在测量的时候,首先通过整形电路将正弦波或者

三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱

的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号

电压幅度较大时,通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入

信号电压幅度较小时,前级输入衰减为零时若不能驱动后面的

整形电路,则调节输入放大的增益,时被测信号得以放大。

频率测量:测量频率的原理框图.测量频率共有3个档位。

被测信号经整形后变为脉冲信号(矩形波或者方波),送入闸

门电路,等待时基信号的到来。时基信号有555定时器构成一

个较稳定的多谐振荡器,经整形分频后,产生一个标准的时基

信号,作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门,作为计

2

数器的时钟信号,计数器即开始记录时钟的个数,这样就达到

了测量频率的目的。

周期测量:测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与

测量频率的方法相反,即将被测信号经整形、二分频电路后转

变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1

个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间,在闸门导通的时

间里,计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计

数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间Tx来表

示:Tx=NTs式中:Tx为被测信号的周期;N为计数器脉冲计

数值;Ts为时基信号周期。

时基电路:时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振

荡器,其两个暂态时间分别为T1=0.7(Ra+Rb)CT2=0.7RbC,

重复周期为T=T1+T2。由于被测信号范围为1Hz~1MHz,如果只

采用一种闸门脉冲信号,则只能是10s脉冲宽度的闸门信号,

若被测信号为较高频率,计数电路的位数要很多,而且测量时

间过长会给用户带来不便,所以可将频率范围设为几档:

1Hz~999Hz档采用1s闸门脉宽;0.01kHz~9.99kHz档采用0.1s

闸门脉宽;0.1kHz~99.9kHz档采用0.01s闸门脉宽。多谐振荡

器经二级10分频电路后,可提取因档位变化所需的闸门时间

1ms、0.

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