數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李朝陽(yáng)（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽(yáng)，421002）

數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李朝陽(yáng)
（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南衡陽(yáng)，421002）

數(shù)字頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。數(shù)字頻率計(jì)是一種基本的儀器，本論文介紹了一種數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)原理，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，它具有精度高，測(cè)量迅速，讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單易制的數(shù)字頻率計(jì)，主要由分頻器、整形電路、控制電路、延時(shí)電路、計(jì)數(shù)譯碼及顯示電路構(gòu)成。

數(shù)字頻率計(jì)；分頻器；電脈沖

1 數(shù)字頻率計(jì)工作原理

脈沖信號(hào)的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，其表達(dá)式為f＝N/T，其中f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)，T為產(chǎn)生N個(gè)脈沖所需的時(shí)間。計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果，就是被測(cè)信號(hào)的頻率。如在1S內(nèi)記錄1000個(gè)脈沖，則被測(cè)信號(hào)的頻率為1000Hz。

本論文設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單易制的數(shù)字頻率計(jì)，其原理方框圖如圖1所示。

晶振產(chǎn)生較高的標(biāo)準(zhǔn)頻率，經(jīng)分頻器后可獲得各種時(shí)基脈沖（1ms，10ms，0.1s，1s等），時(shí)基信號(hào)的選擇由開(kāi)關(guān)S2控制。被測(cè)頻率的輸入信號(hào)經(jīng)放大整形后變成矩形脈沖加到主控門的輸入端，如果被測(cè)信號(hào)為方波，放大整形可以不要，將被測(cè)信號(hào)直接加到主控門的輸入端。時(shí)基信號(hào)經(jīng)控制電路產(chǎn)生閘門信號(hào)至主控門，只有在閘門信號(hào)采樣期間內(nèi)（時(shí)基信號(hào)的一個(gè)周期），輸入信號(hào)才通過(guò)主控門。若時(shí)基信號(hào)的周期為T，進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輸入脈沖數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)的頻率f＝N / T，改變時(shí)基信號(hào)的周期T，即可得到不同的測(cè)頻范圍。當(dāng)主控門關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示器顯示記錄結(jié)果。此時(shí)控制電路輸出一個(gè)置零信號(hào)，經(jīng)延時(shí)、整形電路的延時(shí)，當(dāng)達(dá)到所調(diào)節(jié)的延時(shí)時(shí)間時(shí)，延時(shí)電路輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器和所有的觸發(fā)器置0，為后續(xù)新的一次取樣作好準(zhǔn)備，即能鎖住一次顯示的時(shí)間，使保留到接受新的一次取樣為止。

圖1 數(shù)字頻率計(jì)原理框圖

當(dāng)開(kāi)關(guān)S2改變量程時(shí)，小數(shù)點(diǎn)能自動(dòng)移位。若開(kāi)關(guān)S1，S3配合使用，可將測(cè)試狀態(tài)轉(zhuǎn)為“自檢”工作狀態(tài)（即用時(shí)基信號(hào)本身作為被測(cè)信號(hào)輸入）。

2 主要單元電路的設(shè)計(jì)及工作原理

2.1 控制電路

電路如圖2所示，主控電路由雙D觸發(fā)器CC4013及與非門CC4011構(gòu)成。CC4013(a)的任務(wù)是輸出閘門控制信號(hào)，以控制主控門(2)的開(kāi)啟與關(guān)閉。如果通過(guò)開(kāi)關(guān)S2選擇一個(gè)時(shí)基信號(hào)，當(dāng)給與非門(1)輸入一個(gè)時(shí)基信號(hào)的下降沿時(shí)，門1就輸出一個(gè)上升沿，則CC401（3a）的 Q1端就由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑢⒅骺亻T2開(kāi)啟。允許被測(cè)信號(hào)通過(guò)該主控門并送至計(jì)數(shù)器輸入端進(jìn)行計(jì)數(shù)。相隔1s（或0.1s，10ms，1ms）后，又給與非門1輸入一個(gè)時(shí)基信號(hào)的下降沿，與非門1輸出端又產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使CC4013（a）的Q1端變?yōu)榈碗娖剑瑢⒅骺亻T關(guān)閉，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。

利用Q2端的上升沿送到下一級(jí)的延時(shí)、整形單元電路。當(dāng)?shù)竭_(dá)所調(diào)節(jié)的延時(shí)時(shí)間時(shí)，延時(shí)電路輸出端立即輸出一個(gè)正脈沖，將計(jì)數(shù)器和所有D觸發(fā)器全部置0。復(fù)位后，Q1＝0為下一次測(cè)量作好準(zhǔn)備。當(dāng)時(shí)基信號(hào)又產(chǎn)生下降沿時(shí)，則上述過(guò)程重復(fù)。

圖2 控制電路及主控門電路

圖3 微分、整形電路

2.2 微分、整形電路

電路如圖3所示。CC4013的Q2端所產(chǎn)生的上升沿經(jīng)微分電路后，送到由與非門CC4011組成的斯密特整形電路的輸入端，在其輸出端可得到一個(gè)邊沿十分陡峭且具有一定脈沖寬度的負(fù)脈沖，然后再送至下一級(jí)延時(shí)電路。

2.3 自動(dòng)清零電路

P3點(diǎn)產(chǎn)生的正脈沖送到圖4所示的或門組成的自動(dòng)清零電路，將各計(jì)數(shù)器及所有的觸發(fā)器置零。在復(fù)位脈沖的作用下，Q3＝0，，于是端=1的高電平經(jīng)二極管2AP9再次對(duì)電容C2電，補(bǔ)上剛才放掉的電荷，使C2兩端的電壓恢復(fù)為高電平，又因?yàn)镃C4013(b)復(fù)位后使 Q2再次變?yōu)楦唠娖剑耘c非門1又被開(kāi)啟，電路重復(fù)上述變化過(guò)程。

圖4 自動(dòng)清零電路

[1]韋克利著.《數(shù)字設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐》[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]鄧元慶等著《數(shù)字設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與應(yīng)用》[M].清華大學(xué)出版社.

[3]楊欣，萊.諾克斯等著.[M].清華大學(xué)出版社.

Design and implementation of Digital Cymometer

Li Chaoyang
(Hunan Technical College of railway high speed,Hengyang Hunan,421002)

Digital frequency meter belongs to the sequence circuit, it is mainly formed by trigger with memory function. The digital frequency meter is a basic instrument, this paper introduces the design principle of a digital frequency meter, and the decimal figures show that it has high precision, fast measurement speed, easy reading. This paper design the simple and easy realization of the digital frequency meter is mainly composed of a divider, shaping circuit, control circuit, delay circuit, counting decoding and display circuit.

digital frequency meter; frequency divider; electric pulse