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简易数字频率计设计

1、数字频率计测频的基本原理

所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1S）内变化的次数，若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为

f=N/T

图6（a）是数字频率计的组成框图。被测信号vX经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号A，其频率与被测信号的频率fX相同。时基电路提供标准时间基准信号T，其高电平持续时间t1=1s，当1s信号来到时，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。若在闸门时间内计数器计得的脉冲数为N，则被测信号频率fX=NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲L，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲R，使计数器每次测量从零开始计数。各信号之间的时序关系如图6（b）

逻辑控制电路译码显示器

逻辑控制电路

译码显示器

锁存器

计数器

闸门电路

时基电路

放大整形电路

vx

A

T

R

L

N

(a)结构框图

TX

t1

t2

N

R

L

N

T

vx

清零

锁存

计数

（b）时序图

图6数字频率计结构框图和时序图

2、数字频率计的主要技术指标

=1\*GB3①频率准确度：一般用相对误差来表示，即

式中，为量化误差（即±1个字误差），显然，当闸门时间T选定后，fx越高，量化误差就越小；为闸门时间相对误差，主要由时基电路标准频率的准确度决定，。

=2\*GB3②频率测量范围：在输入电压符合规定要求值时，能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围。频率测量范围主要由放大整形电路的频率响应决定。

=3\*GB3③数字显示位数：频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率。位数越多，分辨率越高。

=4\*GB3④测量时间：频率计完成一次测量所需要的时间，包括准备、计数、锁存和复位时间。

3、设计内容及要求

=1\*GB2⑴技术要求

测量频率范围：1000Hz～10000Hz；被测信号：方波或正弦波峰峰值为3V～5V（与TTL兼容）；显示方式：4位十进制数显示。

=2\*GB2⑵设计步骤及要求

=1\*GB3①拟定数字频率计的组成框图，设计各单元电路，并用Multisim仿真；

=2\*GB3②在通用电路板上安装、调试电路，并测试技术指标；

=3\*GB3③拟写设计报告。内容包括：整机框图及工作原理、各单元电路设计说明及实验测试数据与波形、总电路图和设计心得与体会。

=3\*GB2⑶选做内容

=1\*GB3①用计数法测量周期；

=2\*GB3②扩展测频范围10KHz～100KHz。

4、给定的主要器件：

74LS00（2片），74LS90（4片），74LS273（2片），74LS123（1片），74LS48（4片），数码管BS202（4只），555（1片）。

5、仪器和设备:

稳压电源（或数字逻辑学习机），双宗示波器，数字万用表、EM1643函数信号发生器、数字通用板、拨线钳和电烙铁等。

6、设计报告要求

（1）写出各单元电路的工作原理、设计过程及器件选择；

（2）画出完整的电路原理图，并标明各元器件的参数值；

（3）绘出电路中的时序波形，整理实验数据，并加以说明；

（4）写出设计过程中出现的故障现象及其解决办法；

（5）设计心得、体会及建议。

7、参考文献:

1、《电子技术基础课程设计指南》清华大学出版社、焦宝文主编；

2、《电子线路设计大全》华中科技大学出版社、陈碗儿主编

3、《数字电子技术基础》清华大学出版社、阎石主编

4、《TTL集成电路大全》电子工业出版社

8、数字频率计设计提示

=1\*GB2⑴放大整形电路

当被测信号为正弦波信号且幅值小于标准TTL电平时，在测频前需加放大整形电路。放大电路可采用典型的晶体管放大电路，其放大倍数应视被测信号幅之而定。整形电路可由门电路或555电路构成的施密特触发器完成。

=2\*GB2⑵时基电路

时基电路的作用是产生一个标准时间信号(如高电平持续时间为1S）。当标准时间的精度要求高时，应采用石英晶体振荡器经分频获得。本设计对精度没作要求，故可采用555定时器构成的多谐振荡器（如图4所示）来实现。若振荡器的频率fc=1/(t1+t2)=0.8Hz,则振荡器的输出波形如图6（b）中T所示，其中t1=1s,t2=0.25s。由公式t1=0.7（R1+R2）C和t2=0.7R2C，可计算出电阻R1、R2及电容C的值。若取电容C=10

R2=t2/0.7C=35.7K?取标称值36K?