简易数字频率计设计报告目录一.设计任务和要求 (2)二.设计的方案的选择与论证 (2)三.电路设计计算与分析 (4)四.总结与心得..................................... 错误！未定义书签。

2五.附录........................................... 错误！未定义书签。

3六.参考文献....................................... 错误！未定义书签。

8一、 设计任务与要求1.1位数：计4位十进制数。

1.2.量程第一档 最小量程档，最大读数是9.999KHZ ，闸门信号的采样时间为1S. 第二档 最大读数是99.99KHZ ，闸门信号采样时间为0.1S.第三档 最大读数是999.9KHZ ，闸门信号采样时间为10mS.第四档 最大读数是9999KHZ ，闸门信号采样时间为1mS.1.3 显示方式（1）用七段LED 数码管显示读数，做到能显示稳定，不跳变。

（2）小数点的位置随量程的变更而自动移动（3）为了便于读数，要求数据显示时间在0.5-5s 内连续可调1.4具有自检功能。

1.5被测信号为方=方波信号二、设计方案的选择与论证2.1 算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。

可根据这一定义采用如图 2-1所示的算法。

图2-2是根据算法构建的方框图。

被测信号图2-2 频率测量算法对应的方框图 输入电路 闸门 计数电路 显示电路闸门产生整体方框图及原理频率测量：测量频率的原理框图如图2-3.测量频率共有3个档位。

被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。

时基信号有555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。

被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。

周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。

方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。

将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。

计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。

用时间Tx来表示：Tx=NTs 式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。

时基电路：时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振荡器，其两个暂态时间分别为T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC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。

控制电路工作波形的示意图如图2-5.三、电路设计计算与分析3.1 时基电路设计图3-1 时基电路与分频电路它由两部分组成:如图3-1所示，第一部分为555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1000Hz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:f=1.43/((R1+2*R2)*C),因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取430欧姆,R3取500欧姆,电容取1uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。

在R1和R3之间接了一个10K的电位器便于在后面调节使得555能够产生非常接近1KHz的频率。

第二部分为分频电路,主要由4518组成（4518的管脚图，功能表及波形图详见附录），因为振荡器产生的是1000Hz的脉冲,也就是其周期是0.001s,而时基信号要求为0.01s、0.1s和1s。

4518为双BCD加计数器，由两个相同的同步4级计数器构成，计数器级为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位，CR线为高电平时清零。

计数器在脉动模式可级联，通过将Q³连接至下一计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。

如图3-2所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。

图3-2 1kHz的方波分频后波形图3.2闸门电路设计如图3-3所示，通过74151数据选择器来选择所要的10分频、100分频和1000分频。

74151的CBA接拨盘开关来对选频进行控制。

当CBA输入001时74151输出的方波的频率是1Hz；当CBA输入010时74151输出的方波的频率是10Hz；当CBA输入011时74151输出的方波的频率是100Hz；这里我们以输出100Hz的信号为例。

分析其通过4017后出现的波形图（4017的管脚图、功能表和波形图详见附录）。

4017是5位计数器，具有10个译码输出端，CP，CR，INH输入端，时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制，INH为低电平时，计数器清零。

100Hz的方波作为4017的CP端，如图3-3，信号通过4017后，从Q1输出的信号高电平的脉宽刚好为100Hz信号的一个周期，相当于将原信号二分频。

也就是Q1的输出信号高电平持续的时间为10ms，那么这个信号可以用来导通闸门和关闭闸门。

图3-3 闸门电路图3-43.3控制电路设计通过分析我们知道控制电路这部分是本实验的最为关键和难搞的模块。

其中控制模块里面又有几个小的模块，通过控制选择所要测量的东西。

比如频率，周期，脉宽。

同时控制电路还要产生74160的清零信号，4511的锁存信号。

控制电路，计数电路和译码显示电路详细的电路如图3-5所示。

当74153的CBA 接001、010、011的时候电路实现的是测量被测信号频率的功能。

当74153的CBA接100的时候实现的是测量被测信号周期的功能。

当74153的CBA接101的时候实现的是测量被测信号脉宽的功能。

图3-6是测试被测信号频率时的计数器CP信号波形、PT端输入波形、CLR段清零信号波形、4511锁存端波形图。

其中第一个波形是被测信号的波形图、第二个是PT端输入信号的波形图、第三个是计数器的清零信号。

第四个是锁存信号。

PT是高电平的时候计数器开始工作。

CLR为低电平的时候，计数器清零。

根据图得知在计数之前对计数器进行了清零。

根据4511（4511的管脚图和功能表详见附录）的功能表可以知道，当锁存信号为高电平的时候，4511不送数。

如果不让4511锁存的话，那么计数器输出的信号一直往数码管里送。

由于在计数，那么数码管上面一直显示数字，由于频率大，那么会发现数字一直在闪动。

那么通过锁存信号可以实现计数的时候让数码管不显示，计完数后，让数码管显示计数器计到的数字的功能。

根据图可以看到，当PT到达下降沿的时候，此时4511的LE端的输入信号也刚好到达下降沿。

图3-6 计数器CP信号波形、PT端输入波形、CLR段清零信号波形、4511锁存端波形图图3-6，是测量被测信号频率是1.1KHz的频率的图。

由于multsisim软件篇幅的关系。

时基电路产生的信号直接用信号发生器来代替。

图中电路1K的信号经过分频后选择的是100Hz的信号为基准信号。

那么这个电路实现测量频率的范围是0.01KHz~9.99KHz的信号的频率。

同时控制电路也实现了对被测信号的周期和脉宽的测量。

当CBA的取一定的值，电路实现一定的测量功能。

3.4 小数点显示电路设计在测量频率的时候，由于分3个档位，那么在不同的档的时候，小数点也要跟着显示。

比如CBA接011测量频率的时候，它所测信号频率的范围是0.1KHz~99.9KHz，那么在显示的时候三个数码管的第二个数码管的小数点要显示。

CBA接010测量频率的时候，它所测信号频率的范围是0.01KHz~9.99KHz，那么显示的时候，最高位的数码管的小数点也要显示。

对比一下两个输入的高低电平可以发现CA位不一样，显示的小数点就不一样。

我们可以想到可以通过74153数据选择器来实现小数点显示的问题。

具体的实现方法见图3-7所示。

3.5整体电路图图3-8 整体电路图3.6整机原件清单元件数量元件数量555定时器一片7404 一片8.2KΩ一个4518 两片5.1KΩ一个拨盘开关一个10K电位器一个4017 一片74151 一片74160 三片74153 三片4511三片74132 一片数码管三个LED灯一个保护电阻四个0.01μF电容两个5V直流电源一个导线若干时基电路的调测，显示电路的调测，计数电路的调测，控制电路的调测，最后是测量脉宽部分的调测。

整体指标测试被测信号频率周期脉宽的测量档位测量范围被测信号频率测量值001 1Hz~999Hz 207 Hz 210Hz011 0.1kHz~99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz010 0.01KHz~9.99KHz 3.25KHz 3.26KHz100 测量周期 20.1Hz 49ms101 测量脉宽 20.1Hz 24ms四、总结与心得4.1 本次实习让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。

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。

五、附录5.1 CC 4518十进制同步加/减计数器4518 管脚图4518功能表及波形图5.2 CC4017------十进制计数器/脉冲分配器4017管脚图4017功能表及波形图5.3 CC4511 4线－七段所存译码器/驱动器4511管脚图4511功能表5.4 数码管的管脚图数码管功能表对应管脚显示7C 4E 6小数点5 D 1 G 10A2 F 9 B0 0 0 1 0 1 0 0 01 0 1 1 1 1 1 1 02 1 0 1 0 0 0 1 03 0 1 1 0 0 0 1 04 0 1 1 1 0 1 0 05 0 1 1 0 0 0 0 16 0 0 1 0 0 0 0 17 0 1 1 1 1 0 1 08 0 0 1 0 0 0 0 09 0 1 1 0 0 0 0 05.5 74160十进制同步计数器（异步清除）74160 管脚图74160 功能表说明：H－高电平L－低电平X－任意5.6 7404 六反向器逻辑图5.7 74132 四2输入与非门（有施密特触发器）管脚图：5.8 74151 8选1数据选择器管脚图：5.9 74153 双4选1数据选择器管脚图：六、参考文献1.张顺兴 . 数字电路与系统设计 . 南京：东南大学出版社，20042.邹其洪 . 电工电子实验与计算机仿真 . 北京：电子工业出版社，20033.王玉秀 . 电工电子基础实验 . 南京：东南大学出版社，20064.孙肖子 . 模拟电子技术基础 . 西安：西安电子科技大学出版社，20015.谢自美 . 电子线路设计•实验•测试 . 第2版 . 武昌：华中科技大学出版社，20006.张豫滇 . 电子电路课程设计 . 南京：河海大学出版社，2005。