簡易數字頻率計

熊雪蘭 安徽理工大學

1 緒論

數字頻率計是一種專門對被測信號進行頻率計數的電子測量儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其他周期性變化的的信號。測量頻率的方法有兩種：測頻法和測周法。

測頻法是將被測信號加到計數器進行計數，用時基信號來控制計數周期，假設標準信號周期為2T(半個周期計數，半個周期處理數據)，計數器得到的計數值為N,則被測信號頻率為f=N/T，改變T,則可改變測量頻率的范圍。當T=1s時，計數器測得的數據N即為被測頻率。用該方法進行測量時，當被測頻率越大時，誤差越小，被測頻率越小時，誤差越大，為了減小這種誤差，我們可以通過增大T來實現，讓誤差控制在測量誤差范圍內。

而測周法是使被測信號來控制計數周期，把標準信號加到計數器，這樣計數器得到的值就是被測信號的周期值，然后求其倒數，就得到所測頻率值。

本文講述了使用測頻法設計頻率計的原理以及各個組成部分的結構與作用。

2 電路基本原理

脈沖信號的頻率就是在單位時間內所產生的脈沖個數，其表達式為f=N/T。

實驗使用石英晶振作為標準信號的產生源，產生精度極高的頻率，經分頻后可獲得各種石基脈沖，在此次試驗主要產生周期分別為2s和20s的基準信號，用它們的半個周期計數，半個周期處理數據（當被測頻率較高時，開關打向2s的標準信號，當頻率較低時，開關打向20s的標準信號）。

輸入信號經過整形放大變成矩形脈沖加到計數器的輸入端，將石基信號接計數器的鎖定允許端，在石基信號的一個周期內，使得計數器在石基信號高電平計數，低電平時鎖存，停止計數，同時，利用基準信號產生的低電平有效的控制邏輯，通過一譯碼器輸出清零信號，完成對計數器的清零作用，為后續新的取樣做好準備，鎖住一次顯示的數據，保留到新的一次取樣為止。

數字頻率計是用于測量方波，正弦波或其他脈沖信號的頻率，并用十進制數字表示，它具有精度高，測量迅速，讀數方便等優點。

3 各部分電路設計

3.1 時基電路

時基電路的作用是產生標準時間信號，該信號由頻率為32768HZ的晶振，經過14位CD4060分頻成2HZ的信號輸出后，再通過74HC160和74HC161組合分頻，分別得到所要求的0.5HZ和0.05HZ的石基信號。

3.2 放大整形電路

為了測量不同類型和幅值的交流信號，要對被測信號進行放大整形處理，從而輸出能夠被計數器識別的方波信號，本設計采用由增益帶寬為15MHZ的運算放大器LM833構成的過零比較器來實現，,被測信號3號腳輸入，1號腳輸出，整形成方波信號。再經過穩壓管1N4731A穩壓成幅度為5V的信號。

3.3 控制電路

頻率計若想實現往復的計數功能，這就需要控制電路在恰當的時間發出鎖存與清零信號，計數器的使能信號直接由標準時間信號來控制，而清零功能由2線-4線譯碼器74HC139來實現，使標準時間信號與芯片的選通輸入和地址輸入相接，則輸出端Y1非的信號便可以用來控制計數器的清零作用。

3.4 計數與鎖存電路

計數與鎖存功能由CD4553來實現，CD4553是3位十進制計數器，但只有一個輸出端，要完成3位輸出，采用掃描輸出方式，通過它的選通脈沖信號，依次控制3位十進制的輸出，從而實現掃描顯示方式。其中MR引腳接受清零信號（只清計數器部分），高電平有效，LE端為鎖定允許，當該端為低電平時, 3組計數器的內容分別進入 3組鎖存器,當該端為高電平 時,鎖存器鎖定,計數器的值不能進入。

3.5 譯碼顯示電路

譯碼顯示電路可由BCD七段譯碼/驅動器CD4543來實現，只要輸入BCD碼就可于多種不同的數碼管顯示0至9，如接共陽極LED，則Ph置“1”另Bl（Blanking）如果置“1”或輸入0至9以外的數值，顯示會空白（黑屏），LD（Latch Disable）置“0”會鎖存最近一次輸入的數字，本次設計采用共陽極接法。系統總電路圖如下所示。

4 總結

通過這次對簡易數字頻率計電路的設計，讓我了解了電路設計的基本步驟，還有頻率計的原理與設計理念。像這種綜合性的設計需要理論與實踐的結合，讓我學會了快速查找有用資料的方法，也鍛煉了我的動手能力，這對于工科學生是很有幫助的。

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