数字频率计的设计与制作
一设计要求
1系统结构要求
数字频率计的整体结构要求如图所示。
图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量。
2技术指标要求：
2.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。
2.2 测量频率范围：1Hz~999Hz
2.3测量精度为2Hz。
2.4显示方式：三位十进制显示。
2.5时基电路由555震荡电路产生。
2.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警.
二整体方案设计
一数字频率计的基本原理
数字频率计是一种用十进制数字显示频率的数字测量仪器，它的基本功能是测量正弦波信号，方波信号和尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，它的用途十分广泛。
本设计主要由多谐振荡器、整形电路、闸门电路、计数器和数字显示几个模块组成。
数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。
频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化的次数。
如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。
数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。
二总方案设计
数字频率计整体方案结构方框图
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。
计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。
在计数的时候数码管不显示数字。
当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。
控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。
三单元电路设计
3.1秒脉冲的设计
图3-1
利用一片555芯片可以通过多谐振荡器电路产生高电平为1S的脉冲3.2整形电路的设计
图3-2
3.3计数器的设计
图3-3
计数器的作用是对输入脉冲计数。
根据设计要求，最高测量频率为999Hz ，应采用3位十进制计数器。
可以选用现成的10 进制集成计数器。
3.4控制门的设计
图3-4
控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。
它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。
控制门可以用与门或或门来实现。
当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。
3.5显示译码及数码管的设计
图3-5
显示译码器的作用是把用BCD 码表示的10 进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。
选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。
四测试与调整
4.1 时基电路的调测
首先调测时基信号，通过555定时器、RC阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择R1=38KΩ ，R2=52.96KΩ，C1=10μF, C2=0.01μF。
把555产生的信号接到示波器中，调节电位器使得输出的信号的频率为1KHz。
同时输出信号的频率也要稳定。
4.2 显示电路的调测
由于在设计过程中，控制电路这部分比较难，要花时间在上面设计电路。
为了节约时间，我在课程设计的过程中就先连接后面的显示电路和计数电路。
首先是数码管（数码管的管脚图和功能表详见附录）的显示进行了调测。
图4-1 显示电路调测连接图
如图4-1所示接好显示电路（这里就只给出一个数码管说明一下）。
然后将4511的5端接地。
然后给4511的6、2、1、7端分别接高低电平，数码管就会显示对应的数字。
比如6217分别接1000，那么数码管就对应显示数字8.同样，还有两个数码管也按上图接好。
接好后的测试方法同上。
这样，显示电路也就搞好了。
4.3 计数电路的调测
计数电路按照图4-2所示连接好，接高电平，3个74ls192级联，构成异步十进制计数器。
同时4511的5端要接0，在调测的过程中，我忘记将其置零，导致在后面数码管一直不显示数字。
接好后，给最低位的74ls192一个CP信号。
让函数信号发生器产生一个频率适当的方波。
这样，计数器就开始计数了。
数码管从000~999显示。
计数电路就这样搞好了。
在调测的过程中，74ls192的~CLR 端，~LD端，4511的5端都是用临时的线连接。
因为在后面这些端都是连接控制电路产生清零、锁存信号的输出端。
图4-2 计数电路调测连接图
五设计小结
5.1 完成情况及问题
完成本次设计的技术指标，刚开始设计的时候，由于控制电路这部分比较难搞定，所以在连接电路的时候，就会停下来设计控制电路，为了提高效率，在实际的操作中，先连好时基电路，分频电路测试通过后，再把显示电路和计数电路连好，调测符合要求。
最后搞定控制电路的连接。
最后完成的一块电路板，它所实现的功能就是可以测被测信号的频率，周期和脉宽。
在调测的过程中发现测量频率时，档位在1Hz~999Hz，最终得到的结果的误差稍微大了点，其他的测量结果非常接近测量值。
在设计的555构成多谐振荡器输出的方波信号，由于电路里面使用的电容
元件，在实验的时候，随着实验室里面温度的变化，输出信号的频率也会发生变
化。
在调测计数显示电路的时候，在连接4511元件的时候忘记了将4511的5端接地，导致数码管无法计数，在实验的过程中，连接好电路以后，发现没反应，然后通过示波器一个一个检测元件的输入和输出信号，看看是不是和理论的一样。
找出不符合理论的那部分，对照电路图进行检查修改，最后发现有的芯片的使能端没有接地，导致元件的功能没有实现。
所以在连接电路的时候要细心，这也是要改进的地方。
不然的话就会出现一个又一个的连接上面的问题。
在最终测量频率很低的时候，那么本次电路测量频率的算法就有了一定的缺点。
加宽闸门信号也会带来一些问题，为了克服测量低频信号时的不足，可以使用另一种算法。
将被测信号送入被测信号闸门产生电路，该电路输出一个脉冲信号，脉宽与被测信号的周期相等。
再用闸门产生电路输出的闸门信号控制闸门电路的导通与开断。
5.3心得体会
我们体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐苦与甜。
设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。
在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。
同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。
制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调准等等。
这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。
合理的分配时间。
在设计控制电路的时候，我们可以连接译码显示和计数电路，这样就加快了完成的进度。
最重要的是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
六附录：总电路图
图6-1 整体电路图。