數字頻率計的設計與實現

李朝陽（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南衡陽，421002）

數字頻率計的設計與實現

李朝陽
（湖南高速鐵路職業技術學院，湖南衡陽，421002）

數字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發器構成。數字頻率計是一種基本的儀器，本論文介紹了一種數字頻率計的設計原理，并用十進制數字顯示，它具有精度高，測量迅速，讀數方便等優點。本文設計了實現的簡單易制的數字頻率計，主要由分頻器、整形電路、控制電路、延時電路、計數譯碼及顯示電路構成。

數字頻率計；分頻器；電脈沖

1 數字頻率計工作原理

脈沖信號的頻率就是在單位時間內所產生的脈沖個數，其表達式為f＝N/T，其中f為被測信號的頻率，N為計數器所累計的脈沖個數，T為產生N個脈沖所需的時間。計數器所記錄的結果，就是被測信號的頻率。如在1S內記錄1000個脈沖，則被測信號的頻率為1000Hz。

本論文設計了一種簡單易制的數字頻率計，其原理方框圖如圖1所示。

晶振產生較高的標準頻率，經分頻器后可獲得各種時基脈沖（1ms，10ms，0.1s，1s等），時基信號的選擇由開關S2控制。被測頻率的輸入信號經放大整形后變成矩形脈沖加到主控門的輸入端，如果被測信號為方波，放大整形可以不要，將被測信號直接加到主控門的輸入端。時基信號經控制電路產生閘門信號至主控門，只有在閘門信號采樣期間內（時基信號的一個周期），輸入信號才通過主控門。若時基信號的周期為T，進入計數器的輸入脈沖數為N，則被測信號的頻率f＝N / T，改變時基信號的周期T，即可得到不同的測頻范圍。當主控門關閉時，計數器停止計數，顯示器顯示記錄結果。此時控制電路輸出一個置零信號，經延時、整形電路的延時，當達到所調節的延時時間時，延時電路輸出一個復位信號，使計數器和所有的觸發器置0，為后續新的一次取樣作好準備，即能鎖住一次顯示的時間，使保留到接受新的一次取樣為止。

圖1 數字頻率計原理框圖

當開關S2改變量程時，小數點能自動移位。若開關S1，S3配合使用，可將測試狀態轉為“自檢”工作狀態（即用時基信號本身作為被測信號輸入）。

2 主要單元電路的設計及工作原理

2.1 控制電路

電路如圖2所示，主控電路由雙D觸發器CC4013及與非門CC4011構成。CC4013(a)的任務是輸出閘門控制信號，以控制主控門(2)的開啟與關閉。如果通過開關S2選擇一個時基信號，當給與非門(1)輸入一個時基信號的下降沿時，門1就輸出一個上升沿，則CC401（3a）的 Q1端就由低電平變為高電平，將主控門2開啟。允許被測信號通過該主控門并送至計數器輸入端進行計數。相隔1s（或0.1s，10ms，1ms）后，又給與非門1輸入一個時基信號的下降沿，與非門1輸出端又產生一個上升沿，使CC4013（a）的Q1端變為低電平，將主控門關閉，使計數器停止計數。

利用Q2端的上升沿送到下一級的延時、整形單元電路。當到達所調節的延時時間時，延時電路輸出端立即輸出一個正脈沖，將計數器和所有D觸發器全部置0。復位后，Q1＝0為下一次測量作好準備。當時基信號又產生下降沿時，則上述過程重復。

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端所產生的上升沿經微分電路后，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邊沿十分陡峭且具有一定脈沖寬度的負脈沖，然后再送至下一級延時電路。

2.3 自動清零電路

P3點產生的正脈沖送到圖4所示的或門組成的自動清零電路，將各計數器及所有的觸發器置零。在復位脈沖的作用下，Q3＝0，，于是端=1的高電平經二極管2AP9再次對電容C2電，補上剛才放掉的電荷，使C2兩端的電壓恢復為高電平，又因為CC4013(b)復位后使 Q2再次變為高電平，所以與非門1又被開啟，電路重復上述變化過程。

圖4 自動清零電路

[1]韋克利著.《數字設計原理與實踐》[M].機械工業出版社.

[2]鄧元慶等著《數字設計基礎與應用》[M].清華大學出版社.

[3]楊欣，萊.諾克斯等著.[M].清華大學出版社.

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