设计题目二 简易数字频率计
设计要求：
1．频率计测量围为0~9999Hz； 2．采用4位数码显示频率数；
3．可测量三角波、正弦波和矩形方波的频率
一、数字频率计的工作原理
数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。频率是周期信号在单位时间（1s）变化的次数。若在一定时间间隔T测得这个周期信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T=N。根据频率的概念来设计频率计的工作原理，先让被测脉冲通过开启时间为1秒的闸门后，送入一个计数器，并时实显示计数值，当闸门关闭后，计数器保持计数值，此值则为被测脉冲的频率。因此，数字频率计数字频率计电路应由时基电路、控制电路、闸门电路、计数锁存电路、脉冲形成电路和译码显示电路组成。结构如图5所示。
时基电路 脉冲形成电路 逻辑控制 闸门电路 计数器 锁存器 译码显示器 fs 图5 数字频率计结构框图
二、设计指导：
数字频率计的工作过程是：被测信号fs经脉冲形成电路整形，变成如图6所示信号①所示的脉冲波形，其周期与被测信号的周期相同。时基电路输出标准时间信号②，设其高电
平持续时间为1s，则计数器的计数时间就为1s，计数器计得的脉冲数N（如③所示）就是被测信号的频率。逻辑控制单元的作用有两个：其一产生清零脉冲④，使计数器每次从零开始计数；其二，产生锁存信号⑤，使显示器上的数字稳定不变。这些信号之间的时序关系如图6所示。因此，
1．逻辑控制电路
逻辑控制电路用于产生锁存信号和清零信号。根据图6所示的时序波形，在标准时间信号②结束时所产生的负跳变用来产生锁存信号⑤，同时锁存信号经过反相器又用来产生清零信号④，锁存信号的脉冲宽度由本身电路的时间常数所决定。因此这两个脉冲信号④和⑤可以由555构成的单稳态触发器产生，同学们自己设计单元电路。
2．锁存器
锁存器的作用是将计数器在1s结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。因为计数器在1s要计成千上万个输入脉冲，若不加锁存器，显示器上的数字将随计数器的输出而变化，不便于读数。如图6所示，1s的计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号⑤，将计数器此时的值送译码显示器，因此显示器的数字是稳定的。选用8D锁存器74LS273可以完成上述锁存功能。
当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将4个十进制计数器即个位、十位、百位及千位的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后无论输入端为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间，计数器的输出不会送到译码显示器。
3．脉冲形成电路
脉冲形成电路的作用是将输入的周期性信号波形变换成脉冲波，其周期不变。将其他波形变换成脉冲波的电路有多种，如施密特触发器、单稳态触发器、比较器等，其中施密特触发器的应用较多。采用集成电路555构成的施密特触发器。
4．闸门电路
闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，当标准时间信号（1s）来到时，闸门开通，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器计数。标准时间脉冲结束时（为低电平时），闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。由此可见闸门电路的可由一个与非门来完成，将1S的标准脉冲与被测频率脉冲信号送入与非门，则可得如图6所示信号3。
第五节 设计说明书的要求
一、格式规： 1．封面：
省交通职业技术学院 自动化工程系 电信专业
《数字电子技术》课程设计说明书 题 目： 指导老师： 班 级： 时 间： 成 绩：
评 语：
2．目录：
设计任务及要求 第一章
总体方案设计---------------------------------------------
第一节 设计原理分析-------------------------------------------- 第二节 总体结构框图-------------------------------------------- 第二章
单元电路设计--------------------------------------------
第一节 信号源的电路设计---------------------------------------- 第二节 计数显示电路的设计-------------------------------------- 第三节 报时控制电路的设计-------------------------------------- 第三节 手动校时电路的设计-------------------------------------- 第三章
总体电路图、时序图及元件清单表--------------------------
第一节 总体电路图---------------------------------------------- 第二节 时序图------------------------------------------------- 第三节 元件清单表--------------------------------------------- 第四章
安装、调试报告-----------------------------------------
第一节 安装报告----------------------------------------------- 第二节 调试报告----------------------------------------------
第五章 第一节 第二节
故障分析报告----------------------------------------- 常见的故障------------------------------------------ 故障排除的方法--------------------------------------
实训总结：-------------------------------------------------------
3．正文 二、容具体要求： 1．电路图
所有小规模集成电路应使用标准逻辑符号。中、大规模集成电路的符号，我们规定画成一个方框，框应标明元件的型号或名称，以及引出脚的符号和顺序号。各引出脚不要求按顺序排列，可按设计者要求排列。电阻、电容、电感类元件应计算出具体值。
2．单元电路设计
单元电路设计容中应反应： (1) 单元电路功能要求； (2) 单元电路原理分析；
(3) 重点元件的功能介绍、选择依据、元件使用说明、电路参数计算依据； (4) 单元电路图。
3．总体电路图：用PROTELL99绘图。
时序图：画出60个秒脉冲对应的秒计数器输出信号、进位信号、低声控制信号、高声控制信号、以及555延时电路的触发信号与输出信号的波形。
4．调试报告
容包括：每个单元电路调试的方法，测试的参数指标容、测试方法，所用的仪器设备，测试结果等。如，振荡电路，利用示波器测试其输入信号的幅值、频率。
在安装调试过程中出现的故障现象，产生故障的原因，以及故障排除的具体方法。