數(shù)字頻率計

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數(shù)字頻率計的基本原理

設(shè)計并制作出一種數(shù)字頻率計，其技術(shù)指標(biāo)如下：

1．頻率測量范圍：10～9999Hz。

2．輸入信號波形：任意周期信號。輸入電壓幅度>300mV。

3．電源：220V、50Hz

4.系統(tǒng)框圖

從數(shù)字頻率計的基本原理出發(fā)，根據(jù)設(shè)計要求，得到如圖1所示的電路框圖。

圖1數(shù)字頻率計框圖

下面介紹框圖中各部分的手繪q版人物 功能及實現(xiàn)方法

（1）電源與整流穩(wěn)壓電路

框圖中的電源采用50Hz的交流市電。市電被降壓、整流、穩(wěn)壓后為整個系統(tǒng)提供直流

電源。系統(tǒng)對電源的要求不高，可以采用串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路來實現(xiàn)。

（2）全波整流與波形整形電路

本頻率計采用市電頻率作為標(biāo)準(zhǔn)頻率，以獲得穩(wěn)定的基準(zhǔn)時間。按國家標(biāo)準(zhǔn)，市電的頻

率漂移不能超過0.5Hz，即在1％的范圍內(nèi)。用它作普通頻率計的基準(zhǔn)信號完全能滿足系統(tǒng)

的要求。全波整流電路首先對50Hz交流市電進(jìn)行全波整流，得到如圖2（a）所示100Hz的

全波整流波形。波形整形電路對100Hz信號進(jìn)行整形，使之成為如圖2(b)所示100Hz的矩

形波。波形整形可以采用過零觸發(fā)電路將全波整流波形變?yōu)榫匦尾?，也可采用施密特觸發(fā)器

進(jìn)行整形。

圖2全波整流與波形整形電路的輸出波形

（3）分頻器

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分頻器的作用是為了獲得1S的標(biāo)準(zhǔn)時間。電路首先對圖2所示的100Hz信號進(jìn)行100

分頻得到如圖3（a）所示周期為1S的脈沖信號。然后再進(jìn)行二分頻得到如圖3（b）所示占

空比為50％脈沖寬度為1S的方波信號，由此獲得測量頻率的基準(zhǔn)時間。利用此信號去打開

與關(guān)閉控制門，可以獲得在1S時間內(nèi)通過控制門的被測脈沖的數(shù)目。

圖3分頻器的輸出波形

分頻器可以采用教材中介紹過的方法，由計數(shù)器通過計數(shù)獲得。二分頻可以采用觸發(fā)

器來實現(xiàn)。

（4）信號放大、波形整形電路

為了能測量不同電平值與波形的周期信號的頻率，必須對被測信號進(jìn)行放大與整形處

理，使之成為能被計數(shù)器有效識別的脈沖信號。信號放大與波形整形電路的作用即在于此。自我心理學(xué)

信號放大可以采用一般的運(yùn)算放大電路，波形整形可以采用施密特觸發(fā)器。

（5）控制門

控制門用于控制輸入脈沖是否送計數(shù)器計數(shù)。它的一個輸入端接標(biāo)準(zhǔn)秒信號，一個輸入

端接被測脈沖?？刂崎T可以用與門或或門來實現(xiàn)。當(dāng)采用與門時，秒信號為正時進(jìn)行計數(shù)，

當(dāng)采用或門時，秒信號為負(fù)時進(jìn)行計數(shù)。

（6）計數(shù)器

計數(shù)器的作用是對輸入脈沖計數(shù)。根據(jù)設(shè)計要求，最高測量頻率為9999Hz，應(yīng)采用4

位十進(jìn)制計數(shù)器。可以選用現(xiàn)成的10進(jìn)制集成計數(shù)器。

（7）鎖存器

在確定的時間（1S）內(nèi)計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果（被測信號頻率）必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定

的顯示值。鎖存器的作用是通過觸發(fā)脈沖控制，將測得的數(shù)據(jù)寄存起來，送顯示譯碼器。鎖

存器可以采用一般的8位并行輸入寄存器，為使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，最好采用邊沿觸發(fā)方式的器件。

（8）顯示譯碼器與數(shù)碼管

顯示譯碼器的作用是把用BCD碼表示的10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動數(shù)碼管正常顯示的段信

號，以獲得數(shù)字顯示。

選用顯示譯碼器時其輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。

5.實際參考電路

根據(jù)系統(tǒng)框圖，設(shè)計出的電路如圖4所示。

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圖4數(shù)字頻率計電路圖

圖中，穩(wěn)壓電源采用7805來實現(xiàn)，電路簡單可靠，電源的穩(wěn)定度與波紋系數(shù)均能達(dá)到

要求。

對100Hz全波整流輸出信號的分頻采用7位二進(jìn)制計數(shù)器74HC4024組成100進(jìn)制計數(shù)

器來實現(xiàn)。計數(shù)脈沖下降沿有效。在74HC4024的Q7、Q6、Q3端通過與門加入反饋清零信號，

當(dāng)計數(shù)器輸出為二進(jìn)制數(shù)1100100（十進(jìn)制數(shù)為100）時，計數(shù)器異步清零。實現(xiàn)100進(jìn)

制計數(shù)。為了獲得穩(wěn)定的分頻輸出，清零信號與輸入脈沖“與”后再清零，使分頻輸出脈沖

在計數(shù)脈沖為低電平時保持一段時間（10mS）為高電平。

電路中采用雙JK觸發(fā)器74HC109中的一個觸發(fā)器組成觸發(fā)器，瞭望 它將分頻輸出脈沖整

形為脈寬為1S、周期為2S的方波。從觸發(fā)器Q端輸出的信號加至控制門，確保計數(shù)器只在

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1S的時間內(nèi)計數(shù)。從觸發(fā)器

Q

端輸出的信號作為數(shù)據(jù)寄存器的鎖存信號。

被測信號通過741組成的運(yùn)算放大器放大20倍后送施密特觸發(fā)器整形，得到能被計數(shù)

器有效識別的矩形波輸出，通過由74HC11組成的控制門送計數(shù)器計數(shù)。為了防止輸入信號

太強(qiáng)損壞集成運(yùn)放，可以在運(yùn)放的輸入端并接兩個保護(hù)二極管。

頻率計數(shù)器由兩塊雙十進(jìn)制計數(shù)器74HC4518組成，最大計數(shù)值為9999Hz。由于計數(shù)器

受控制門控制，每次計數(shù)只在JK觸發(fā)器Q端為高電平時進(jìn)單字組詞 行。當(dāng)JK觸發(fā)器Q端跳變至低電

平時，

Q

端的由低電平向高電平跳變，此時，8D鎖存器74HC374(上升沿有效)將計數(shù)器的

輸出數(shù)據(jù)鎖存起來送顯示譯碼器。計數(shù)結(jié)果被鎖存以后，即可對計數(shù)器清零。由于74HC4518

為異步高電平清零，所以將JK觸發(fā)器的

Q

同100Hz脈沖信號“與”后的輸出信號作為計數(shù)

器的清零脈沖。由此保證清零是在數(shù)據(jù)被有效鎖存一段時間（10mS）以后再進(jìn)行。

顯示譯碼器采用與共陰數(shù)碼管匹配的CMOS電路74HC4511，4個數(shù)碼管采用共陰方式，

以顯示4位頻率數(shù)字，滿足測量最高頻率為9999Hz的要求。

2．方法與步驟

1）器件檢測

用數(shù)字三鮮餡餃子怎么調(diào)餡 集成電路檢測儀對所要用的IC進(jìn)行檢測，以確定每個器件完好。如有興趣，也

可對LED數(shù)碼管進(jìn)行檢測，檢測方法由自己確定。

2）電路連接

在自制電路板上將IC插座及各種器件焊接好；裝配時，先焊接IC等小器件，最后固定

并焊接變壓器等大器件。電路連接完畢后，先不插IC。

3）電源測試

將與變壓器連接的電源插頭插入220V電源，用萬用表檢測穩(wěn)壓電源的輸出電壓。輸出

電壓的正常值應(yīng)為＋5V。如果輸出電壓不對，應(yīng)仔細(xì)檢查相關(guān)電路，消除故障。穩(wěn)壓電源

輸出正常后，接著用示波器檢測產(chǎn)生基準(zhǔn)時間的全波整流電路輸出波形。正常情況應(yīng)觀測到

如圖2(a)所示波形。

4）基準(zhǔn)時間檢測

關(guān)閉電源后，插上全部IC。依次用示波器檢測由U1(74HC4024)與U3A組成的基準(zhǔn)時間

計數(shù)器與由U2A組成的觸發(fā)器的輸出波形，并與圖3所示波形對照。如無輸出波形或波

形形狀不對，則應(yīng)對U1、U3、U2各引腳的電平或信號波形進(jìn)行檢測，消除故障。

5）輸入檢測信號

從被測信號輸入端輸入幅值在1V左右頻率為1KHz左右的正弦信號，如果電路正常，數(shù)

碼管可以顯示被測信號的頻率。如果數(shù)碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號頻率，則

作進(jìn)一步檢測。

6）輸入放大與整形電路檢測

用示波器觀測整形電路U1A(74HC14)的輸出波形，正常情況下，可以觀測到與輸入頻率

一致、信號幅值為5V左右的矩形波。如觀測不到輸出波形，或觀測到的波形形狀與幅值不

對，則應(yīng)檢測這一部分電路，消除故障。如該部分電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正

常工作，則檢測控制門。

7）控制門檢測

檢測控制門U3C(74HC11)輸出信號波形，正常時，每間隔1S時間，可以在熒屏上觀測

到被測信號的矩形波。如觀測不到波形，則應(yīng)檢測控制門的兩個輸入端的信號是否正常，并

通過進(jìn)一步的檢測找到故手不什么卷 障電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常

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工作，則檢測計數(shù)器電路。

8）計數(shù)器電路的檢測

依次檢測4個計數(shù)器74HC4518時鐘端的輸入波形，正常時，相鄰計數(shù)器時鐘端的波形

頻率依次相差10倍。如頻率關(guān)系不一致或波形不正常，則應(yīng)對計數(shù)器和反饋門的各引腳電

平與波形進(jìn)行檢測。正常情況各電平值或波形應(yīng)與電路中給出的狀態(tài)一致。通過檢測與分析

找出原因，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不顏體書法 能正常工作，則檢測鎖存器電

路。

9）日本留學(xué)生 鎖存電路的檢測

依網(wǎng)頁在線升級 次檢測74HC374鎖存器各引腳的電平與波形。正常情況各電平值應(yīng)與電路中給出的狀

態(tài)一致。其中，第11腳的電平每隔1S鐘跳變一次。如不正常，則應(yīng)檢查電路，消除故障。

如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測鎖存器電路。

10）顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路的檢測

檢測顯示譯碼器74HC4511各控制端與電源端引腳的電平，同時檢測數(shù)碼管各段對應(yīng)引

腳的電平及公共端的電平。通過檢測與分析找出故障。