常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

第4章 设计内容、方法与步骤： 4.1 设计内容

4.1.1 数字频率计的基本原理

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是指单位时间（1s）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是本简易数字频率计的基本原理。 4.1.2 系统框图

从数字频率计的基本原理出发，根据设计要求，得到如图4-1所示电路图

图4-1 数字频率计框图

下面介绍框图中各部分的功能及实现方法

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+5vcc8R7U263200kR951kCKARVCC4Q2TRIGDIS7U23B74LS00时基信号部分J425GNDCVoltTHR6NE555R1047k465C510nf+C611GNDCON210ufGNDQ 图4-2 时基电路及控制门电路部分

（1）电源与整流稳压电路

电路框图一中的电源采用 50Hz 的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供5V直流电源。系统对电源的要求不高，可以采用稳压电源电路来实现。

（2）时基电路

本简易数字频率计的时基电路可以采用晶振构成，也可以采用555定时电路构成时基电路。本来晶振构成时基电路比555构成的时基电路稳定性好，精度高；但基于元件的选择，我们选用555定时电路构成时基电路了。 本时基电路原理图如图4-2所示：

（3）分频器电路

分频器的作用是为了获得 1S 的标准时间。电路首先对时基电路产生的脉冲信号经74LS123分频得到如图4-4,A所示周期为 1S 的脉冲信号。然后再进行二分频得到如图4-4 , B示占空比为 50 ％脉冲宽度为 1S 的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在 1S 时间内通过控制门的被测脉冲的数目。

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图4-3 分频电路及复位电路

分频器可以采用计数器通过计数获得，二分频可以采用触发器来实现。本电路采用74LS123双D触发器来实现分频的，其中还综合了复位电路了。其原理图如上图4-3所示：

图4-4 分频器的输出波形

（4）信号放大、波形整形电路

为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。信号放大与波形整形电路的作用即在于此。信号放大可以采用一般的运算放大电路，波形整形可以采用施密特触发器。

（5）控制门电路

控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。本项目控制门电路采用74LS00与非门

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构成的，其原理图综合在图一时基电路及控制门电路中。

（6）计数器电路

计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为 9999Hz ，应采用 4 位十进制计数器，可以选用现成的10进制集成计数器。而本设计采用74ls90二、五、十进制计数器的。其原理图如图4-5所示：

图4-5 计数器及锁存器部分

（7）锁存器电路

在确定的时间（ 1S ）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器，为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。本电路采用了74LS273锁存器对计数器送来的数据进行寄存的。其原理图如上图五中所示。

（8）显示译码器与数码管

显示译码器的作用是把用 BCD 码表示的10进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。本项目显示数码管采用的是共阴极双列直插式的，所以其显示译码器选用了74LS48来驱动这四个共阴数码管了。其电路原理图如下图4-6示：

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图4-6 译码显示部分

（9）完整电路及其工作原理

根据系统框图，设计出的电路如图七所示。 其中，稳压电源采用 7805 来实现，电路简单可靠，电源的稳定度与波纹系数均能达到要求 。

整个电路系统工作原理是：时基信号由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形，74LS123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74LS90计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，计数的个数经74LS273锁存器锁存，然后，经74LS48译码驱动，数码管实时显示被测信号频率的数值，这样就达到了测量频率的目的。

整个电路系统原理图如图4-7所示：

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