简易数字频率计设计

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1、简易数字频率计设计南京理工大学紫金学院电子工程与光电技术系2014.09姓名：学号：专业：电子科学与技术日期：2014年9月20日南京理工大学紫金学院电光系电子线路课程设计报告第1页共15页一．引言数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率计。1设计要求（1）

2、输入信号：正弦、三角和方波；频率：1Hz~10KHz；幅度：峰-峰值0.3V~5V；（2）频率计通带：100Hz~2KHz；（3）量程范围：0~99；（4）闸门时间：1s；（5）采样周期：≥2s；（6）实现自动测频、自动清零、数据显示和保持功能。2.1电子计数器测频原理周期性信号在单位时间内重复出现的次数，称为电流/电压的频率。频率计又称为频率计数器，是一种专门对信号频率进行测量的电子测量仪器，不论频率计技术指标如何定义，其基本工作原理都类似，频率测量原理如图3。1电子线路课程设计报告第2页共15页图3频率测量基本原理图若在一定的

3、时间间隔T内的计得这个周期性信号的重复次数为No时，则被测信号的频率F为：F=No/T式中：F为频率，单位为Hz。No为计数器计数值，计数器计数定时时间为T。一般的数字式频率计主要由四个部分构成：输入电路、闸门电路，计数显示电路和控制电路，频率和周期测量原理框图如图4。式中：F为频率，单位为Hz。No为计数器计数值，计数器计数定时时间为T。一般的数字式频率计主要由四个部分构成：输入电路、闸门电路，计数显示电路和控制电路，频率和周期测量原理框图如图4。图4频率和周期测量原理方框图在一个频率测量的周期过程中，被测频率信号在输入电路中经

4、过放大、滤波和整形、形成特定的被测脉冲，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（定时计数信号）。在闸门脉冲开启主门的期间，特定的被测脉冲才能通过主门，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。2.2周期测量原理周期测量原理框图如图4，脉冲宽度测量计算公式：T=No*To式中：T为被测脉冲宽度，单位为s，To为时标，No为计数器计数值。2电子线路课程设计报告第3页共15页2.3简易数字频率计原理框图简易数字式频率

5、计主要由输入信号调理器、闸门电路，计数、译码、显示、清0、时基和逻辑控制电路等组成，原理框图如图5。信号调理计数、译码LED显示被测信号闸门信号产生清零电路时基信号发生器图5简易数字式频率计方框图3电路设计3.1简易数字频率计电原理图基于模电数电技术的数字频率计电原理图如图6。图6简易频率计电原理图3.2工作原理如图6，本设计主要包括电压放大、有源带通滤波、比较器、单稳电路、闸门信号发生器、计数、译码驱动、显示、时基和逻辑控制电路等。（1）输入信号通过放大器放大，有源带通滤波器选频，电压比较器整形后，频率计进行测频。（2）由NE5

6、55产生周期约2s的时基信号，是频率计的主要工作时序，在该信号的一个周期的时间内，频率计可以完成清零，计数、显示和计数结果保持，在3电子线路课程设计报告第4页共15页下一周期时重复上述过程。简易频率计工作波形示意图如图7。图7简易频率计工作波形示意图（3）用NE555时基信号发生器产生的周期信号的上升沿，触发由74LS123电路构成的单稳态发生器1，产生对计数器清零的脉冲信号，使计数器在工作前归零，该脉冲信号的宽度一般约1ms左右，由该单稳态电路的RC参数值决定。（4）计数器清零后，需要一个闸门信号控制计数器的计数，用清零脉冲信号

7、的下降沿，触发另一个单稳电路2，从而产生一个标准的1s闸门信号。在该闸门信号持续时间内，计数器可以计数，频率计完成对被测信号的测频。闸门信号的宽度为1s左右，由单稳态电路2的RC参数值决定。（5）二级十进计数器电路由两个74LS160组成，译码驱动与显示电路由74LS47和七段共阳数码管组成。4单元电路设计与安装4.1信号调理器（1）放大器该放大器可以把技术指标规定的输入信号放大到足够的电平，以驱动后面的电压比较器，放大器可采用OP07集成运放，如图8所示。R21kΩVCC5V4VCC718U1C1R13231uF1kΩ6124O

8、P07CHR31kΩGNDVCCVCCGND5V4电子线路课程设计报告第5页共15页图8由OP07构成的放大器电路（2）带通滤波器带通滤波电路的设计中心频率为1KHz左右，通带宽度BW=100Hz左右。巴特沃斯滤波器：特点是带内带外最佳平稳，但低阶