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数字频率计电路设计与分析

作者：王伟明

来源：《电子世界》2013年第02期

【摘要】将信号的正负变化次数计数，并且计数时间控制为1S即为频率计，本设计将定

时器（定时为1S），计数器、显示器等主要部件连接起来，外加对测量信号整形电路、计数

器清零电路，内部校准信号等辅助电路有机结合，组成一个实用简单、具有较高精度的数字频

率计电路，为广大电子爱好者提供参考。

【关键词】数字频率计；计数器；定时器；闸门时间；显示器；校准信号；清零电路

一、问题的提出

在电子信息领域，仅仅电压、电流和电阻的测量已远远不能满足其飞速发展的要求，所谓

一块万用表在手可走偏天下的时代也已一去不复返。目前信号频率、电磁辐射、有害气体等等

的测量要求非常广泛。价格低廉、简单实用的检测设备是普通电子爱好者需求的目标之一。

本文利用价格低廉的集成电路CD4541、4528、4093、4026设计制作一款数字频率计，并

对具体电路进行分析。

二、电路功能

频率是指在1S时间内周期信号变化的次数，单位为Hz，用f来表示，周期用T来表示，

他们的关系为：

当信号每秒变化N次，用上式表示的关系为：

（T=1s）

由此可见，数字频率计在1s标准时间内，测出信号变化的次数，然后再用数字形式显示

出来，即完成其功能的主要部分。具体来说，数字频率计必须具备以下三个功能部件：

能产生1.1s标准时间的功能部件。

计数部件。2.

显示部件。3.

电路功能框图如图1所示。

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三、电路原理

电路原理图1.

电路原理如图2所示，被测信号经“IN”输入，经整形后送到计数控制器输入端，当控制定

时器跳变为高电平（TH：1s）时其波形前沿触发置零电路，使计数器瞬时置零，同时闸门打

开，信号通过，允许计数，并通过LED显示计数值。当控制计时器为低电平时，闸门关闭，

计数技术停止，所计数值保持不变并被稳定显示。

单元电路工作原理分析2.

）整形电路和内置振荡1

整形电路和内置振荡器单元由集成电路4093中的IC3：A和B组成，集成电路4093内部

结构是4个双输入与非门电路组成。

整形：当SA置于“外接”时，IC3：A和B的输入端分别短接，电路成为反相“非门”，两个

反相“非门”串联，则总相位不变。由于门电路输入输出特性，其输出只有“0”和“1”两种状态，

整形效果较好。但要注意信号幅度必须足够大，一般应大于4/5电源电压，否则有可能无法计

数显示。

内置振荡：当SA置于“校准”时，IC3：B、RP2、RP3、C3构成内置振荡器，调节RP2

（粗调）与RP3（细调）设定为5000HZ，5V，可作为“校准信号”，其原理与门控振荡器相

仿，这里不再重复。

）闸门2

闸门电路单元主要由集成电路4093中的IC3：C和D组成该电路利用了与非门任一输入

端输入为“0”，其他输入端不再对输出状态起作用的特点，将IC3：C的一个输入端（4093⑨

脚），另一输入端作为信号输入，是与非门变成一个受控的闸门。

受控输入端接控制定时器输出端，当控制定时器输出“0”时，闸门关闭，无输出。当控制

定时器输出“1”，闸门打开，波形输出与输入相位一致，能够传递到计数器。

）控制定时器3

控制定时器单元是由集成电路4541和R1、RP1、C1组成。该电路输出一周期为2s（TH

和TL各为1s）的方波波形，电路主要由R1、RP1、C1选频电路决定4541的内振荡频率，再

经29分频得到上述波形，当输出Q端为“1”时闸门打开，开始计数，OUT端有波形输出，

LED显示数字快速变化，Q端为“0”时，闸门关闭，计数停止，LED显示数字不再变化，保

持，OUT端无输出波形。

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）置零电路4

置零电路单元主要由集成电路IC2（4528）和R2、C2等组成。该电路是