【文章內容簡介】 3章 數字電路課程設計 13． 3 數字頻率計的設計與制作 在許多情況下， 要對信號的頻率進行測量。利用示 波器可以粗略測量被測信號的頻率，精確測量則要用到 數字頻率計。數字頻率計用到的數字技術很多。本節(jié)數 字頻率計的設計與制作項目可以進一步加深我們對數字 電路應用技術方面的了解與認識，進一步熟悉數字電路 系統設計、制作與調試的方法和步驟。 第 13章 數字電路課程設計 13． 3． 1 電路設計 1． 設計要求 設計并制作出一種數字頻率計， 其技術指標如下： 1） 頻率測量范圍： 10～ 9 999 Hz。 （ 2） 輸入電壓幅度： 300 mV~3 V。 （ 3） 輸入信號波形： 任意周期信號。 （ 4） 顯示位數： 4位。 （ 5） 電源： 220 V、 50 Hz。 第 13章 數字電路課程設計 2． 數字頻率計的基本原理 數字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻 率是在單位時間（ 1 s）內信號周期性變化的次數。如果 我們能在給定的 1 s時間內對信號波形計數，并將計數結 果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數字頻率計首 先必須獲得相對穩(wěn)定與準確的時間，同時將被測信號轉 換成幅度與波形均能被數字電路識別的脈沖信號，然后 通過計數器計算這一段時間間隔內的脈沖個數，將其換 算后顯示出來。這就是數字頻率計的基本原理。 第 13章 數字電路課程設計 圖 數字頻率計框圖 3． 從數字頻率計的基本原理出發(fā)， 根據設計要求， 得 到如圖 。 信號放大波形整形波形整形分頻器控制門計數器4位L E D顯示數據鎖存器顯示譯碼器全波整流電源整流穩(wěn)壓被測信號計數脈沖秒信號第 13章 數字電路課程設計 1） 框圖中的電源采用 50 Hz的交流市電。市電被降壓、 整流、穩(wěn)壓后為整個系統提供直流電源。系統對電源的要 求不高，可以采用串聯式穩(wěn)壓電源電路來實現。 2） 本頻率計采用市電頻率作為標準頻率，以獲得穩(wěn)定的 基準時間率漂移不能超過 Hz， 即在 1 第 13章 數字電路課程設計 用它作普通頻率計的基準信號完全能滿足系統的要 求。全波整流電路首先對 50 Hz交流市電進行全波整流， 得到如圖 (a）所示 100 Hz的全波整流波形。波形整形 電路對 100 Hz信號進行整形，使之成為如圖 (b)所示 100 Hz的矩形波。 采用過零觸發(fā)電路可將全波整流波形變?yōu)榫匦尾ǎ? 也可采用施密特觸發(fā)器進行整形。 第 13章 數字電路課程設計 圖 全波整流與波形整形電路的輸出波形 1 0 m s( a )( b )第 13章 數字電路課程設計 圖 分頻器的輸出波形 ( b )( a )1s第 13章 數字電路課程設計 3） 分頻器的作用是為了獲得 1 s的標準時間。首先對如圖 100 Hz信號進行 100分頻得到如圖 （ a）所 示周期為 1 s的脈沖信號。然后再進行二分頻得到如圖 （ b）所示占空比為 50％脈沖寬度為 1 s的方波信號，由此 獲得測量頻率的基準時間。利用此信號去打開與關閉控制 門，可以獲得在 1 s時間內通過控制門的被測脈沖的數目。 分頻器可以采用第 5章介紹過的方法，由計數器通過計 數獲得。二分頻可以采用 T′觸發(fā)器來實現。 第 13章 數字電路課程設計 4） 信號放大、 為了能測量不同電平值與波形的周期信號的頻率，必 須對被測信號進行放大與整形處理，使之成為能被計數器 有效識別的脈沖信號。信號放大與波形整形電路的作用即 在于此。信號放大可以采用一般的運算放大電路，波形整 形可以采用施密特觸發(fā)器。 5） 控制門用于控制輸入脈沖是否送計數器計數。 它的一 個輸入端接標準秒信號，一個輸入端接被測脈沖。控制門 可以用與門或或門來實現。當采用與門時，秒信號為正時 進行計數，當采用或門時，秒信號為負時進行計數。 第 13章 數字電路課程設計 6） 計數器的作用是對輸入脈沖計數。 根據設計要求， 最高測量頻率為 9 999 Hz， 應采用 4位十進制計數器?？? 以選用現成的十進制集成計數器。 7） 在確定的時間（ 1 s）內計數器的計數結果（被測信 號頻率）必須經鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值。鎖存器 通過觸發(fā)脈沖的控制，將測得的數據寄存起來，送顯示 譯碼器。鎖存器可以采用一般的 8位并行輸入寄存器。為 使數據穩(wěn)定，最好采用邊沿觸發(fā)方式的器件。 第 13章 數字電路課程設計 8） 顯示譯碼器的作用是把用 BCD碼表示的十進制數轉 換成能驅動數碼管正常顯示的段信號，以獲得數字顯示。 顯示譯碼器的輸出方式必須與數碼管匹配。 4． 根據系統框圖， 設計出的電路如圖 。 第 13章 數字電路課程設計 圖 數字頻率計電路圖 131417183478D0D1D2D3D4D5D6D7EO1C LK11O0O1O2O3O4O5O6O7121516199652U6C LKENRQ0Q1Q2Q3721 3456U4A7 4 H C 4 5 1 8amp。C LKENRQ0Q1Q2Q315109U4B11121314amp。7 4 H C 4 5 1 8131417183478D0D1D2D3D4D5D6D7EO1C LK11O0O1O2O3O4O5O6O7121516199652U7C LKENRQ0Q1Q2Q3721 3456U5A7 4 H C 4 5 1 8amp。C LKENRQ0Q1Q2Q315109U5B111213147 4 H C 3 7 47 4 H C 3 7 47 4 H C 4 5 1 8amp。2 109117 4 H C 1 1U3Camp。43512U3B7 4 H C 1 11sABCDLTABCDEU87 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG15146217ABCDLTABCDEU97 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG15146217VCCABCDLTABCDEU107 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG15146217ABCDLTABCDEU117 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG151462177 4 H C 1 0 9＋－7 4 1R2R11k1k ?1R32 0 k ?27 4 H C 1 447 4 H C 1 4U1B3R41k ?6V1 5 V7 8 0 5＋ 5V 輸出220V＋ ＋amp。91011821C LK Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7R S TU17 4 H C 4 0 2 41211965431213amp。U3A7 4 H C 1 17 4 H C 1 1U3C12CLKJ KSDCD1 0 32 4 36 7VCC5U2A2k ?R11sVCC被測信號輸入U1A11543543543543第 13章 數字電路課程設計 圖中，穩(wěn)壓電源采用 7805 來實現，電路簡單可靠， 對 100 Hz全波整流輸出信號， 由 7位二進制計數器 74HC4024組成的 100進制計數器進行分頻。計數脈沖下降 沿有效。在 74HC4024的 Q Q Q3端通過與門加入反饋 清零信號。當計數器輸出為二進制數 1100100（十進制數 為 100）時，計數器異步清零，實現 100進制計數。為了 獲得穩(wěn)定的分頻輸出，清零信號與輸入脈沖“與”后再清 零，使分頻輸出脈沖在計數脈