毕业设计（论文）任务书课题名称数字频率设计课题性质毕业论文专业楼宇智能化工程技术班级 11级学生姓名学号 113121指导教师教研室主任系部主任发放日期一、课题条件：1．分析频率计的设计方法；2．利用现有的仿真软件进行波形仿真；二、毕业论文（设计）主要内容：1、测量信号：方波；2、测量频率范围：1KHZ~9999HZ；10KHZ~100KHZ；3、显示方式：4位十进制数显示；4、时基电路由555定时器及分频器组成，555振荡器产生脉冲信号，经分频器分频产生的时基信号，其脉冲宽度分别为：1秒，0.1秒；5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。
三、计划进度：1. 资料的收集撰写开题报告 7月18日至9月8日2. 方案设计 9月9日至9月15日3. 电路的设计指标分析与确定；后期的电路优化元器件的选择与参数确定9月16日至11月2日4. 毕业设计论文的修改、完善 11月3日至11月10日5. 毕业设计答辩11月15 日至11月20日6. 毕业设计工作总结11月20日至11月25日四、主要参考文献：(1)电子技术基础(第三版)(2)电子产品的设计与制作工艺(3)电子设计技术杂志(4)现代电子学及应用1(5)AD(6)数字电子技术基础阎石主编高等教育出版社指导教师（系）教研室主任年月日年月日摘要频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N 时，则被测信号的频率f=N/T。
频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，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。
在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，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。
在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。
频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。
正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。
在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。
频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。
在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。
在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。
常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。
本文阐述了用测频法构成的数字频率计。
关键词：逻辑控制，计数器，时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
目录1概述 (5)1.1设计目的 (5)1.2设计要求 (5)1.3设计技术指标与要求 (5)2．总体方案设计及硬件设计 (6)2.1设计方案 (6)2.2硬件设备 (9)3．各模块设计 (10)3.1控制电路波形示意图 (10)3.2单元电路设计 (10)3.2.1衰减放大整形系统 (10)3.2.1时基电路 (11)3.2.3逻辑控制电路 (12)3.2.4闸门电路 (12)3.2.5计数锁存器 (14)3.2.6译码显示电路 (14)3.3数字频率计整体电路 (15)4测试与调整 (17)5 心得体会与总结 (18)6 参考文献 (19)1．概述1.1设计目的：本课程设计是在前导验证认知实验的基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。
培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生累积实际电子制作经验，目的在于巩固基础，培养技能，追求创新，走向实用。
1.2设计要求：（1）以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础性和系统性两个层次，基础性指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟，数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计，调试；（2）熟悉常用电子仪器操作使用和调试方法；（3）拓展电子电路的应用领域，能设计，制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路任务。
1.3设计技术指标与要求：1、测量信号：方波；2、测量频率范围：1KHZ~9999HZ；10KHZ~100KHZ；3、显示方式：4位十进制数显示；4、时基电路由555定时器及分频器组成；5、脉冲宽度分别为：1秒，0.1秒；6、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。
2 总体方案及硬件设计2.1方案设计：频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。
它可以测量正弦波、方波和三角波的频率。
利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。
常用的频率测量方法有以下四种。
○1测周法首先把被测信号进行二分频，获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期的方波信号，然后用一个已知周期Ts的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期的时间内对fs信号进行计数，如图1-2所示。
图2-1-1 测周法原理若在T时间内的计数值为N，则有T=N*Ts即 f=1/T=1/N*Ts=fs/N测周法测量的误差与信号频率成正比，而与高频率标准计数信号的频率成反比。
当fs为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。
由于测周法所获得的信号周期数据，还需要求倒数运算才能得到信号频率，而二进制数据的求倒数运算中小规模数字集成电路却较难实现，因此，测周法不适合本设计要求。
○2测周期/频率法周期/频率测量是采用两个计数器，分别对被测信号f和高频标准计数信号fs进行计数，其测量原理如图1-3所示。
图2-1-2 测周期/频率法原理在确定的检测时间内，若对被测信号 f 的计数值为N1，对高频信号 f 的计数值N2，则所测的信号频率为f=1/T=N1/N2*Ts=N1*fs/N2可见，周期/频率法需要进行除法运算才能得到信号频率，这用中小规模数字集成电路却较难实现，因此，该方法不适合本设计要求。
○3F/V 与A/D 法 这种频率测量方法是先通过F /V 变换，把频率信号转换成电压信号；然后再通过A /D 转换把电压信号转换成数字信号，再对数字信号进行计数，从而得到所测信号的频率。
○4测频法 数字频率计的原理框图如下图所示，他由六个基本单元电路组成：衰减放大整形系统、时基电路、逻辑控制电路、闸门电路、计数锁存电路、译码显示电路。
由555定时器构成的多谐振荡器在接通电源后，由于电容的充放电，使输出的波形为矩形脉冲，在经过多级分频系统及门控电路得到具有固定宽度T 的方波脉冲作门控信号，时间基准T 成为砸门时间。
宽度为T 的方波脉冲控制闸门（与非门）的一个输入端B 。
当A 端接入一个信号源时，经过衰减器的衰减、放大器的放大作用和555定时器构成的整形系统的整形产生一个周期为Tx 的序列窄脉冲，当门控信号到来后，闸门开启，周期为Tx 的脉冲信号和周期为T 的门控信号相与非通过闸门，当两个信号全都为高电平时相与的结果保持A 的信号不变，当闸门信号为低电平时，相与结果为低电平，即在示波器上不显示波形。
在闸门的输出端产生的脉冲信号送到计数器，计数器开始计数，直到门控信号结束为止，闸门关闭。
单稳态触发器1的暂态送入锁存器的使能端，使锁存器将结果锁存，这样送到显示器的读书就为稳定值，计数器也停止计数并被单稳态触发器2的暂态清零 ，以便下次测量数据的准确性。
图2-1-3 测频法原理被检测正弦波型号 译码器 显示器DE本设计选择了测频法，由于测频法的测量误差与信号频率有关：信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。
用测频法所获得的测量数据，在闸门时间为1s时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率。
另外，在信号频率较低时，如1~100Hz，可以通过增大闸门时间来提高测量精度。
2.2硬件设计：原件序号型号主要参数数量备注1 5552 定时器2 74LS221 2 逻辑控制电路3 74LS90 6 10进制计数器4 74LS273 2 锁存器5 CC4511 4 译码器6 8421数码器 4 数码管7 R 5.1K 2 电阻8 R 51K 2 电阻9 R 10K 2 电阻10 R 41k 1 电阻11 R 1K 1 电阻12 R 100K 1 电阻13 RP 100K 2 电位器14 Rext 3.3K 2 电阻15 Cext 0.01uF 2 电容16 C 0.033uF 1 电容17 C 10uF 1 电容18 C 47uF 1 电容19 LED 48 二极管20 C 0.1uF 1 电容21 C 0.01uF 1 电容表2-13各模块的设计：3.1控制电路波形示意图由频率的算法可知闸门的时间决定量程，可以通过闸门时基选择开关选择，T大些，测量准度就高些。
根据被测频率选择闸门时间，显示器的小数点对应闸门显示数据量程。
实验时若未加小数点显示闸门时间T为1s，被测信号频率通过计数锁存可直接从计数显示器上读出。
调试时观测被测信号、闸门信号、清零信号、锁存信号各点波形可得一组完整的数字频率计的波形，各部分的波形如图示。
图3-1-1 控制电路波形图3.2单元电路设计3.2.1衰减放大整形系统衰减放大整形系统包括衰减器、跟谁器、放大器和施密特触发器，他将正弦波输入信号V1整形成同频率方波V0。
衰减器由分压器构成，测试信号首先通过衰减开关选择衰减倍率，幅值过大的被测信号经分压器分压，送入后级放大系统以免波形失真。
由运算放大器构成的设计跟随器起阻抗变换的作用，使输入阻抗变大，由运算放大器构成的同相放大器的的放大倍数为（Rf=R1）/R1，改变R1的大小可以改变放大倍数。
系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到后的方波到闸门以便计数。
放大电路由3DG100和电阻电容组成，目的是将一定频率的周期信号进行放大。
整形电路由555定时器构成施密特触发器，对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲信号。
V图3-2-1 放大衰减整形系统电路3.2.2时基电路时基电路的作用是产生一个标准的时间信号（高电平持续时间为1s ）。
本实验中的标准实际信号根据所提供器件，由555定时器构成的多谐振荡器和3片74LS90构成分频器产生。
其完整电路如下：图3-2-2 时基电路当555定时器接通电源后，电压经变位器和两个电阻对电容经行充电，当电压上升到一定电压（该电压由变位器的阻值大小决定，当变位器的阻值为0时，该值为5/3 V ）时，Uo=0，VT 导通，电容通过R2和VT 放电，在放电的过程中，电容两端电压下降，当电压下降到一定时，VT 管又截止，输出电压又由0变为1，即从低电频跳变为高电频，也就形成了下降沿，如此的，电容周而复始的充放电即形成了连续的矩形脉冲，然后通过三个分频器，使频率计的功能更齐全，能够调整测量频率的范围，使测试范围可以更广。