一、课题名称与技术要求 <1>名称：简易数字频率计 <2>主要技术指标和要求：
1. 被测信号的频率范围 100HZ～100KH 2. 输入信号为正弦信号或方波信号 3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位 4. 具有超量程报警功能 二、摘要
以门电路，触发器和计数器为核心，由信号输入、放大整形、闸门电路、 计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。放大整型电路：对被测信号进 行预处理；闸门电路：由与门电路通过控制开门关门，攫取单位时间内进入 计数器的脉冲个数；时基信号：周期性产生一秒高电平信号；计数器译码电 路：计数译码集成在一块芯片上，计单位时间内脉冲个数，把十进制计数器 计数结果译成 BCD 码；显示：把 BCD 码译码在数码管显示出来。 关键字：比较器，闸门电路，计数器，锁存器，逻辑控制电路 三、方案论证与选择 <1>频率测量原理与方法 对周期信号的测量方法，常用的有下述几种方法。 1、测频法（M 法）
等待下轮开门时间计数； 5 当出现③时，需要手动关闭开关，给 JK 触发器清零，蜂鸣器停止报
警，再闭合开关使电路重新开始测频率。 4．显示电路
利用 DCD_HEX LED 显示器自带译码功能显示所计频率的大小。 五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算 <1>放大电路图如 图 5.1.1
四、方案的原理框图、总体电路图、接线图以及说明 <1>方案原理框图
<2>总体电路图
<3>工作过程说明
图 4.2
1．放大整形电路 任意形式信号经过施密特触发器放大整形变成方波信号，和脉冲信号 一起控制与门的开启与关闭，
2．秒脉冲控制 时基电路由定时器555构成的多谐振荡器产生，通过计算调节电阻和电 容的接入值，使输出高电平的持续时间为ls。开关闭合后与JK触发器的 Q端一起控制给计数器CLK脉冲的门电路，同时控制着计数器的清零端和 锁存器（D触发器）的锁存端。
N2 的绝对误差为△N=±1 N2 的相对误差为&N2=(N2-N)/N=(N±1-N)/N=±1/N 从 T2 的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高频你 标准计数信号的频率成反比。当 fosc 为常数时，被测信号频率越低，误差越 小，测量精度也就越高。
测周法原理图 <2>频率测量方案选择
由上式可知，f1 的相对误差与 f 成反比关系，即信号频率越高，误差越 小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此，M 法适合于对高频信号的测 量，频率越高，测量精度也越高。
测频法原理图 2、测周法（T 法）
首先把被测信号通过二分频，获得一个高电频时间和低电平时间都是一 个信号周期 T 的方波信号；然后用一个已知周期的高频方波信号作为计数脉 冲，在一个信号周期 T 的时间内对此高频信号进行计数。 若在 T 时间内的计数值为 N2,则有 T2=N2*Tosc f2=1/T=1/(N2* Tosc)= fosc/N2
对频率为 f 的周期信号，测频法的实现方法，是用以标准闸门信号对被 测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为 N 时，其频率为：f1=N1/TG。 TG 为标准闸门宽度，N1 是计数器计出的脉冲个数，
设在 TG 期间，计数器的精确计数值为 N，根据计数器的技术特性可知， N1 的绝对误差是△N1=N±1,N1 的相对误差为&N1=（N1-N）/N=（N±1-N）/N= ±1/N,由 N1 的相对误差可知，N（或 N1）的数值愈大，相对误差愈小，成反 比关系。因此，在 f 已确定的条件下，为减小 N1 的相对误差，可通过增大 TG 的方法来降低测量误差。但是，增大 TG 会使频率测量的响应时间长。当 TG 为 确 定 值 时 ( 通 常 取 TG=1s) ， 则 有 f=N ， 固 有 f1 的 相 对 误 差 ： &f1=(f1-f)/f=(f±1-f)/f=±1/f
图 5.1.1 CON 端通过电阻分压提供一个 0.5V 的基准电压 Ua，输入频率信号的幅值 与 1/2Ua 和 Ua 进行比较，输出同频率的方波。 输入输出波形图如图 5.1.2（正弦波为输入信号、方波为输出信号）
3．计数寄存译码 经过整形放大后的方波信号在与门 U22A 开门的 1 秒内给计数器提供计 数脉冲，与门打开瞬间计数器 74LS160N 清零结束，74LS273DW 处于锁 存状态，计数器开始计数， 1 当计数值未超过四位数码管的量程时，即 U7 输出为 0000，4 或门 U 3A 输出为 0，非门 U23B 输出 1，小数点熄灭，74LS257N 选择低四 片计数芯片，单位为 Hz； 2 当计数值超过四位数码管的量程时，即 U7 输出不为 0000，小数点 亮，74LS257 选择高四片计数芯片，单位为 KHz； 3 当计数值超过 100KHz 时，U7 给 JK 触发器一个脉冲，JK 触发器翻转， Q=1，蜂鸣器报警， Q 非和多谐振荡器通过与门 U22B 电路输出 0， 所有计数器清零，与门 U22A 输出为 0； 4 当为①、②两种情况时，每经过 1S 的开门时间后，下降沿通过非门 U23A 给 74LS273 一个上升沿锁存数据，低电平使计数器全部清零，
根据性能和技术指标的要求，首先需要确定能满足这些指标的频率测量 方法。有上述对各种方法的讨论可知，M 法是在给定的闸门时间内测量被测 信号的脉冲个数，进行换算得出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度 取决于闸门时间和被测信号频率。当被测信号频率较低时将产生较大误差， 除非闸门时间取得很大。这种方法比较适合测量高频信号的频率。T 法是通 过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率。这种测量方法的测量精 度取决于被测信号的周期和计时精度，当被测信号频率较高时，对计时精度 的要求就很高。这种方法比较适合测量频率较低的信号。综合以上几种方案 的优缺点和该课题的频率范围和精确度的要求，我们选择直接测频法。对测 量频率的最低值 100Hz 来说，相对误差最大为 1%，可以满足要求，随着测量 频率的增大，相对误差逐渐减小。