簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)電路設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。一、設(shè)計(jì)目的1了解數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量頻率與測(cè)量周期的基本原理；2熟練掌握數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法及減小測(cè)量誤差的方法。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，測(cè)量給定信號(hào)的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，具體指標(biāo)為1測(cè)量范圍1HZ9999KHZ，閘門(mén)時(shí)間1S；10HZ9999KHZ，閘門(mén)時(shí)間01S；100HZ9999KHZ，閘門(mén)時(shí)間10MS；1KHZ9999KHZ，閘門(mén)時(shí)間1MS；2顯示方式四位十進(jìn)制數(shù)3當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警三、數(shù)字頻率計(jì)基本原理及電路設(shè)計(jì)所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間1S內(nèi)變化的次數(shù)若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為FXN/T。因此，可以將信號(hào)放大整形后由計(jì)數(shù)器累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的信號(hào)個(gè)數(shù)，然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測(cè)量結(jié)果，這是所謂的測(cè)頻法。可見(jiàn)數(shù)字頻率計(jì)主要由放大整形電路、閘門(mén)電路、計(jì)數(shù)器電路、鎖存器、時(shí)基電路、邏輯控制、譯碼顯示電路幾部分組成，總體結(jié)構(gòu)如圖426清零信號(hào)鎖存信號(hào)TN整形放大電路計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼器邏輯控制電路顯示器時(shí)基電路閘門(mén)圖426數(shù)字頻率計(jì)原理圖從原理圖可知，被測(cè)信號(hào)VX經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率FX相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，具有固定寬度T的方波時(shí)基信號(hào)II作為閘門(mén)的一個(gè)輸入端，控制閘門(mén)的開(kāi)放時(shí)間，被測(cè)信號(hào)I從閘門(mén)另一端輸入，被測(cè)信號(hào)頻率為FX,閘門(mén)寬度T，若在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率FXN/THZ?？梢?jiàn)，閘門(mén)時(shí)間T決定量程,通過(guò)閘門(mén)時(shí)基選擇開(kāi)關(guān)選擇,選擇T大一些,測(cè)量準(zhǔn)確度就高一些,T小一些,則測(cè)量準(zhǔn)確度就低根據(jù)被測(cè)頻率選擇閘門(mén)時(shí)間來(lái)控制量程在整個(gè)電路中,時(shí)基電路是關(guān)鍵,閘門(mén)信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確邏輯控制電路的作用有兩個(gè)一是產(chǎn)生鎖存脈沖，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖，使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。1放大整形電路放大整形電路可以采用晶體管3DGL00和74LS00，其中3DGL00組成放大器將輸入頻率為FX的周期信號(hào)如正弦波、三角波等進(jìn)行放大。與非門(mén)74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。2時(shí)基電路時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)，可以由555組成的振蕩器產(chǎn)生，若時(shí)間精度要求較高時(shí)，可采用晶體振蕩器。由555定時(shí)器構(gòu)成的時(shí)基電路包括脈沖產(chǎn)生電路和分頻電路兩部分。（1）555多諧振蕩電路產(chǎn)生時(shí)基脈沖采用555產(chǎn)生1000HZ振蕩脈沖的參考電路如圖427所示。電阻參數(shù)可以由振蕩頻率計(jì)算公式F143/R12R2C求得。（2）分頻電路由于本設(shè)計(jì)中需要1S、01S、10MS、1MS四個(gè)閘門(mén)時(shí)間，555振蕩器產(chǎn)生1000HZ，周期為1MS的脈沖信號(hào)，需經(jīng)分頻才能得到其他三個(gè)周期的閘門(mén)信號(hào)，可采用74LS90分別經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)10分頻得到。圖427555多諧振蕩電路3邏輯控制電路在時(shí)基信號(hào)II結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來(lái)產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來(lái)產(chǎn)生清“0”信號(hào)V。脈沖信號(hào)和V可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LSL23產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。觸發(fā)脈沖從B端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端Q可獲得一正脈沖,Q非端可獲得一負(fù)脈沖，其波形關(guān)系正好滿(mǎn)足和V的要求。手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)S按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清“0”。參考電路如圖42884536271VCR1201FCRABQQ74LS123C22NFCRABQQ74LS123C12NFR110K清零時(shí)基信號(hào)VCC5VR210KVCC5VR103K圖428數(shù)字頻率計(jì)邏輯控制電路4鎖存器鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在閘門(mén)時(shí)間結(jié)束時(shí)所計(jì)得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值閘門(mén)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。選用8D鎖存器74LS273可以完成上述功能當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP的正跳變來(lái)到時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入，即QD。從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無(wú)論D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來(lái)的狀態(tài)QN不變所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器5報(bào)警電路本設(shè)計(jì)要求用4位數(shù)字顯示，最高顯示為9999。超過(guò)9999就要求報(bào)警，即當(dāng)千位達(dá)到9（即1001）時(shí)，如果百位上再來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖（即進(jìn)位脈沖），就可以利用此來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警。電路如圖429圖429數(shù)字頻率計(jì)報(bào)警電路四、調(diào)試要點(diǎn)1通電準(zhǔn)備打開(kāi)電源之前，先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況，并取下電路板上的集成塊，然后接通電源，用萬(wàn)用表檢查板上的各點(diǎn)電源電壓值，之后再關(guān)掉電源，插上集成塊。2單元電路檢測(cè)接通電源后，用雙蹤示波器輸人耦合方式置DC檔觀(guān)察時(shí)基電路的輸出波形，看其20HZQDA進(jìn)位脈沖是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，若不符合，則調(diào)整R1和R2。然后改變示波器的掃描速率旋鈕，觀(guān)察74LSL23的第13腳和第10腳的波形是否為鎖存脈沖和清零脈沖V的波形。將4片計(jì)數(shù)器74LS90的第2腳全部接低電平，鎖存器74LS273的第11腳都接時(shí)鐘脈沖，在個(gè)位計(jì)數(shù)器的第14腳加入計(jì)數(shù)脈沖，檢查4位鎖存、譯碼、顯示器的工作是否正常。3系統(tǒng)連調(diào)在放大電路輸入端加入VPP1V，F(xiàn)1KH