数字频率计
数字频率计
用发光二极管显示单位，绿灯—Hz，红灯—KHz 频段 小数点位置 单位 响应时间 10Hz～100Hz Hz ≤12S 100Hz ～1KHz Hz ≤2S 1KHz ～10KHz KHz ≤2S
响应时间：输入信号频率改变到显示出稳定的结 果之间的时间 1、如果我们将手动频段设置开关看成逻辑变量，则小 数点位置和频率单位是由该逻辑变量（频段开关）决 定的变量 2、小数点位置有三种情况，频率单位有两个，因此开 关变量必须至少2个或者以上，分别设为K2、K1或者K2、 K1、K0
Τ
N
σ
对于一定的信号频率，标准信号频率越高（或者 说被测信号频率越低），N越大，相对误差越小。 测周法应用范围 a)在用微处理机的频率测量中（低频测量） b)在中、小规模集成电路的频率计中不合适（换算 困难）
数字频率计
• 测频法对低频段的测量方法
–处理被测信号——倍频 –闸门信号展宽（本实验采用）
R1、R2、C是电路中的定时元件
电路的振荡过程：
数字频率计
合上电源时，电容电压不能突变， 引脚2、6都为0，输出为高电平， 放电管截止。 因此C充电，引脚2、6电压升高， 当升至VDD/3时，输出仍继续保 持，当升到2VDD/3后，电路输出 变为低电平，放电管导通。 C上电压通过R2→放电管而放电。只要一开始放电，电路状态 继续保持。当放至VDD /3 时，电路的输出又变为高电平。
f = 16 Hz
32分频后f = 0.5Hz
再12分频后 f = 0.08333HZ
……
1S
1S
… …… … ……
2S …
10 S
……
数字频率计
实现上述波形的电路为：
+ 5V
2S
R1
R3
1Hz
10 S
& &
2S
0.5Hz
8 7
4
R2
C2
2 65
555 3 16 Hz 1CP 62.5mS
1Q0 1Q1 1Q2 1Q3
数字频率计
从图可知： ① 测频法的精确与否，主要决定于定时时间T是否 精确； ② 其测量误差为： 最大绝对值误差=f测量值-f真值=±1Hz 最大的相对误差
δ max =
f 测量值 − f 真值 f 真值
=±
1 f 真值
数字频率计
当定时T=1S，而fx=2Hz时， 闸门时间T fx 当 当
f 真 = 2 Hz
1Q0
2Q1 2Q2 3Q3 1 CC 4518 CP 2 2 EN CR
2Q0
清“0”信号
数字频率计
5.
控制电路设计
控制电路分下面几部分： ① 三个不同的频段，小数点位置及单位的控制； ② 闸门信号的选择； ③ 清零脉冲和锁存脉冲的产生； ④ 超量程指示的设计；
数字频率计
①
三个不同的频段，小数点位置及单位的控制；
3a "1" LT BI
CC 4511 1A 1B 1C 1D
CC 4511 2 A 2 B 2C 2 D
CC 4511 3 A 3B 3C 3D
锁存信号
fx
被测信号
0Q0 CP
0Q1 0Q2 0Q3 1 CC 4518 2 0 EN CR
1Q1 1Q2 1Q3 1 CC 4518 CP 2 1EN CR
数字频率计
2、BCD码计数器 根据测频范围 （1）10Hz～100Hz （≤99Hz） （2）100Hz～1000Hz （≤999Hz） 三位BCD码计数器，对应三位数码管 （3）1kHz～10kHz （≤9.9kHz） 四位BCD码计数器，最大计数结果，9999，尾数舍去
3．时基电路、闸门信号产生电路： 由矩形波发生器和分频器构成
两者都是为了使计数所得数值（f真）增大， 减少测量误差。
二、总体框图 测频法
超量程显示 频段控制 K 2 K1 K0 被测信号 vi
数字频率计
kHz Hz
整形 控制 锁存 电路 时钟 清零
锁存信号结束时产生
锁存/译码/驱动 闸门信号结束时产生
... ...
闸门 信号 10s
1s
十进制计数器
被测信号为方波时，整形电路可略 闸门信号的低频段采用闸门展宽的方法，故采用10s和1s 两种信号
RC=62.5ms NE555 16Hz 多谐振荡器 16分频 1S
数字频率计
产生1S和10S的闸门信号，它由多谐振荡器（方波发生器） 和分频器产生。本例用555集成定时器产生16Hz频率的方波信号， 经过32分频后，产生1S的闸门信号，再经12分频产生10S的闸门 信号，其波形如图所示： 0.0625S
1EN
1CR
2 EN
2CR
数字频率计
三位8421BCD码的十进制加法计数器设计：
选用三个十进制加法计数器CC4518，CC4518 是8421BCD编码的十进制加法计数器，异步高电 平清零，EN=0时，CP下降沿触发；EN=1时，CP上 升沿触发。所以三级十进制计数器电路如图所示：
数字频率计
触发 脉冲
三个频段的控制可选用三位码，也可用二位码控 制。用三位码实现时的电路如下：
K2 K1
K0
小数 点控 制电 路
H
M
L
数字频率计
根据题意，三个频段的控制要求如下：
三位控制码
小数点 K 2 K1 K 0 位置 0 0 1 10Hz≤f﹤100H 中间位 z M 0 1 0 100Hz≤f﹤1000H 低位L z 1 0 0 1KHz≤f﹤10KH 高位H z
2CP (1Hz )
2Q0
2Q1 2Q2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
数字频率计
14
2Q3
2CR
2Q1 2Q3
10 S
2S
2S
& &
10 S 2S
0.5Hz
1Hz
62.5mS 1CP
16 Hz
1Q0 1Q1 1Q2 1Q3
1 CC 4520( I ) 2
2Q0 2Q1 2Q2 2Q3
2CP
1 CC 4520( II ) 2
0Q0 0Q1 0Q2 0Q3
1Q0 1Q1 1Q2 1Q3
fx
0CP
EN 0
1 CC 4518(0) 2
1CP
1 CC 4518( I ) 2
2Q0 2Q1 2Q2 2Q3
2CP
0CR
EN1
1CR
1 CC 4518( II ) 2
EN 2
2CR
清零脉冲
0CP (1Hz )
0Q0
0Q1 0Q2
1
2
3
时序关系如图：
闸门时间T
被测信号f x
数字频率计
f CP
锁存信号WR
清“0”信号
究竞是低电平锁存和清零，还是高电平锁存和清零，由选 用的集成电路决定。
三、单元电路的设计 1、显示器 三位半导体数码管
VDF
数字频率计
VOH − VDF R= I OF
IDF
R
VOH 限流电阻
1 CC 4520( I ) 2
2Q0 2Q1 2Q2 2Q3
2CP
1 CC 4520( II ) 2
1
C1
1EN
1CR
2 EN
2CR
下降沿触发
CC4520是异步清零
多谐振荡器
数字频率计
多谐振荡器的工作特点：只要一合上电源，电路的 输出就能在输出高电平和输出低电平两个状态间进 行自动的转换，产生前后沿都很陡的矩形波。
时，
σ = ±50%
f 真 = 20 Hz 时，
σ = ±5%
f
σ
数字频率计
同样频率，若将闸门信号拉长10倍，测得f真将为原来的10倍， σ将 下降10倍 可见，依靠拉长闸门信号的方法，可以使测量精度提高，此法可 用于频率测量较低频率时使用。 10Hz≤f＜100Hz 频段，响应时间12s
10s
1s 1s
测量频率范围
显示 单位 Hz Hz KHz
闸门时间 10S 1S 1S
a.小数点位置控制
可用以下真值表：
K2 0 0 0 0 1 1 1 1 K1 0 0 1 1 0 0 1 1 K0 0 1 0 1 0 1 0 1 H × 0 0 × 1 × × × M × 1 0 × 0 × × × L × 0 1 × 0 × × ×
数字频率计
16
VDD
f g a b c d源自9eCC 4511
B C LT BI LE D 1 2
A
8GND
DCBA接计数器输出 abcdefg接七段 半导体数码管的 七段
灭零控制输 锁存控制输 试灯测试控 入 入 制
数字频率计
具体 电路 如图：
1g
1a "1" LT BI 2g
2a "1" LT BI 3g
数字频率计
数字频率计的PLD设计
设计任务和要求： 一、被测试的频率范围： 10Hz～10kHz 分三个频段 1． 10Hz~100Hz （≤99Hz） 2． 100Hz~1kHz （≤999Hz） 3． 1kHz~10kHz（≤9.9kHz）
数字频率计
当信号频率超过规定频段的上限频率时，要有超量程显示， 三个频段用手动切换 二、输入波形：矩形波（方波） 函数信号发生器可以输出三角波、锯齿波、方波等形状，采用 方波便于测量，无需预先经过整形
数字频率计
