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第一篇：簡易數字顯示頻率計的設計

簡易數字顯示頻率計的設計

摘要：本文應用NE555構成時鐘電路，7809構成穩壓電源電路，CD4017構成控制電路，CD40110和數碼管組成計數鎖存譯碼顯示電路，實現可測量1HZ-99HZ這個頻段的數字頻率計數器。

關鍵詞：脈沖；頻率；計數；控制 1 引言

在電子技術中，頻率是最基本的參數之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量顯得很重要。測量頻率的方法有很多,其中電子計數器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現測量過程自動化等優點，是頻率測量的重要手段之一。2 電子計數器測頻方法

電子計數器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數；二是間接測頻法，如周期測頻法。數字頻率計是用數字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當的傳感器，可以對多種物理量進行測試，比如機械振動的頻率、轉速、聲音的頻率以及產品的計件等等。因此，數字頻率計是一種應用很廣泛的儀器。3 簡易數字頻率計電路組成框圖

本設計主要運用數字電路的知識，由NE555構成時鐘電路，7809構成穩壓電源電路，CD4017構成控制電路，CD40110和數碼管組成計數鎖存譯碼顯示電路。從單元電路的功能進行劃分，該頻率計由四大模塊組成，分別是電源電路、時鐘電路（閘門）、計數譯碼顯示電路、控制電路（被測信號輸入電路、鎖存及清零）。電路結構如圖1所示。

圖1 簡易數字頻率計電路組成框圖單元模塊電路設計 4.1電源電路

在電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。小功率的穩壓電源的組成如圖2所示，它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路四部分組成。

圖2 電源電路

220V市電經220V/12V變壓器T降壓，二極管橋式整流電路整流，1000uF電容濾波后送人7809的輸入端（1腳）。7809的第二腳接地，第三腳輸出穩壓的直流電壓，C7、C8是為了進一步改變輸出電壓的紋波。紅色發光管LED指示電源的工作狀態，R9為LED的限流電阻，取值為5.1K。4.2 時鐘電路

電路如圖3所示，由NE555構成的多諧振電路，3腳輸出振蕩脈沖，其中LED為黃色發光二極管，R1為5.1K，R2為1K，R3為10K，C1,C5為100UF,C4為0.01UF，C2為1000PF,RPE選取10K。

圖3 時鐘電路

4.3計數、顯示電路

電路中，CD40110是集十進制加減計數、譯碼、鎖存、驅動于一體的集成電路。CPU為加法輸入端，當有脈沖輸入時，計數器做加法計數；CPD為減法輸入端，當有脈沖輸入時，計數器做減法計數。QCO為進位輸出端，計數器做加法時，每計滿10數后其輸出一個脈沖；QBO為借位輸出端，計數器做減法時，每計滿10數后其輸出一個脈沖。該頻率計電路使用CPU輸入端，在第10個脈沖信號輸入時，QCO輸出的進位脈沖作為計數脈沖送到高位計數器的CPU輸入端。5腳R端為計數器的清零端，當此腳加上高電平信號時，計數器的輸出狀態為零，并使相應的數碼管顯示0。4.4 被測信號輸入電路

NE555等構成頻率為1Hz的振蕩信號，由其3腳輸出經非門反相后，作為控制信號加到CD4017的CP輸入端，產生時序控制信號，從而實現1s內的脈沖計數（即頻率檢測）、數值保持及自動清零。從圖4中可以看出，當非門輸出端輸出第一個高電平脈沖時，這個脈沖使得CD4017的Q1輸出端由低電平變為高電平；在CD4017的CP輸入端輸入的第二個脈沖信號到來之前，Q1將一直保持高電平狀態。

在Q1輸出高電平時,由CD4011組成的“與”門控制電路打開，從USB與非門的另一端輸入的被測脈沖信號就可以通過“與”門控制電路，進入到CD40110的CPu輸入端，進行脈沖計數。通過調節電位器調整NE555的振蕩頻率，使得Q1輸出高電平的持續時間為1s，那么在1s內的計數累計的計數脈沖個數，即為被測信號的頻率。4.5頻率顯示電路

當USA與非門輸出第二個脈沖信號時，CD4017的Q1輸出端由高電平變為低電平，Q2輸出端由低電平變為高電平。Q1輸出端的低電平使“與”門控制電路關閉，此時由F2的另一腳輸入的被測信號就不能通過，計數器不工作。因此，當第二個脈沖出現時，數顯計數器停止計數。在第三個脈沖到來之前，Q2輸入端保持高電平，此高電平持續時間（1s）即為數值保持時間，可在1s內讀取被測信號的頻率顯示值。4.6計數及顯示清零電路

當第三個脈沖來到時，Q2端變為低電平，Q3端輸出高電平，但是由于Q3端與CD4017清零端Cr相連接，這個高電平信號使CD4017清零，Q1,Q2,Q3端全變為低電平。CD4017的Q3輸出端出現的瞬時高電平信號通過二極管加到CD40110的清零端R，使計數器及數顯清零，以便下次重新計數。

圖4 頻率計整機電路原理圖結論

從電路的工作原理可以以看出，本電路介紹的頻率計的檢測周期為3s，每檢測一次，計數器累計時間1s，數據保持1s，清零后又保持1s，然后又開始計數、保持、清零的循環。如果感到數值保持時間過短，讀數取值不方便時，可將CD4017的Q3輸出端與Cr斷開，使Q4與Cr清零端相連，這樣數據保持時間就變為2s。

本簡易數字顯示頻率計的設計目的是為了數字電路教學使用，使學生能夠靈活使用各類常見集成電路，掌握較復雜電路的設計步驟，在頻率測量上難免有很多缺陷。

參考文獻

【1】王港元.電工電子實踐指導.江西科學技術出版社,2005;【2】閆石.數字電子技術基礎.高等教育出版社,2003;【2】王雅芳.protel99se電路設計與制版入門與提高.機械工業出版社,2011;The design of the simple frequency meter with digital display Abstracts: In this paper,the digital frequency consists of NE555 clock circuit, the 7809 regulated power supply circuit, the CD4017 control circuit, the CD40110 counting latch decoding circuit and the digital tube display circuit.It can measure the frequency of 1HZ-99HZ.Key words: Pulse, frequency ,counting, control

第二篇：頻率計(格式)數字邏輯

課程設計任務書

（指導教師填寫）

課程設計名稱電子技術課程設計學生姓名

專業班級

設計題目

簡易數字頻率計

一、課程設計的任務和目的

任務: 設計一個簡易數字頻率計，用來測量單位時間內數字信號的脈沖個數，并用數碼管顯示出來。

目的：

掌握簡易數字頻率計的設計、組裝、調試方法。掌握有關集成電路的工作原理。

二、設計內容、技術條件和要求

1.設計簡易數字頻率計：

⑴.設計一個簡易數字頻率計，用于測量數字信號的頻率并顯示，用一個開關控制頻率計的起動和停止，并可對頻率計置數。

⑵.測頻范圍為0.1Hz到9999Hz。

⑶.測量所需時基時間可調，分1秒和10秒兩檔。

⑷.能連續循環測量顯示，若用1秒檔時要求6秒完成一個循環，其中1秒計數測量；4秒顯示結果；1秒清零。然后依次循環。

2.根據上述要求，畫出電路框圖、原理總圖。3.對原理圖進行仿真。4.在實驗箱上組裝、調試。5.撰寫設計總結報告。

三、時間進度安排

本課程設計共兩周時間。第一周：理論設計

周二

布置設計任務；提出課程設計的目的和要求；講解電子電路的一般設計方法和電子電路的安裝、調試技術；明確對撰寫總結報告和繪制原理總圖的要求；安排答疑、實驗時間。

周二至周五

學生查資料，進行理論設計，其中安排三次答疑，指導學生設計。第二周：仿真和安裝調試、撰寫設計總結報告周一

交設計草圖供老師審閱。

周二至周三

在EDA實驗室對其設計的電路進行仿真，并可根據仿真情況修正設計以確定設計正確，能完成設計要求。周三至周四

在實驗箱上進行安裝、調試，并通過老師驗收。最后，撰寫設計總結報告、繪制原理總圖。

四、主要參考文獻

1.各種版本的數字電子技術基礎教材； 2.各種版本的電子技術課程設計指導書；

3.集成電路手冊。

指導教師簽字：

2013 年12月 16 日

第三篇：基于AT89C51單片機的簡易頻率計的設計

基于AT89C51單片機的簡易頻率計的設計 Algorithms of Signal Classification Based on

Spectrum Analysis

彭嵐峰胡佳佳 Peng Lanfeng Hu Jiajia(南昌大學科學技術學院，江西南昌330029)(College of Science and Technology } Nanchang University, Jiangxi Nanchang，330029)摘要:為了解決市場上各種多功能、高精度數字頻率計高價格的問題，本文通過綜合分析實際工作的要求，選擇市場上低價格的常用元件，由單片機產生閘門時間與時鐘等基準信號以減少外圍電路，從而提出了一種基于單片機(AT89C51)為主控制核心、LCD 1602為顯示界面的頻率計設計方案。本方案可滿足簡易頻率計體積小、成本低、精度高、可測頻帶寬的市場需求。關鍵詞:單片機;頻率計;液顯

中圖分類號:TM93文獻標識碼:A文章編號:1671-4792(2012)09-0121-03

Abstract： In order to meet the great necessity of multi-function, high-precision digital frequency meter with a lower price, we choose the common cheap components, and use microcontroller to produce the basic clock signalto minimize the peripheral circuit.A design of frequency meter based on microcontroller(AT89C51)andLCD1602 is proposed, which has the properties of small size, low cost, high precision and wide frequency bandwidth.Keywords: AT89C51:Frequency Meter;Liquid Crystal Displ 0引言實現復雜度。

頻率計又稱為電子計數器，是一種常用電子測量儀器。它的基本功能是測量信號的頻率和周期，廣泛應用于教學、科研、高精度儀器測量、工業控制等

領域。目前，市場上的頻率計基本上都是由專用計數芯片與數字邏輯電路組成。由于這些芯片的工作頻率低，從而限制了產品工作頻率的提高，遠不能滿足在一些特殊的場合需要。運用51系列單片機設計頻率計，并采用適當的算法取代傳統電路，不僅能克服傳統頻率計結構復雜、穩定性差、精度不高的弊端，而且頻率計性能也將大幅提高。本次設計給出了一種基于單片機(AT89C51)為主控制芯片的頻率計設計方案，不但切實可行，而且體積小、保密性強、設計簡單、精度高、可測頻帶寬，大大降低了設計成本和實現復雜度。

1總體設計方案

頻率計的結構主要包括時鐘信號發生電路、閥門控制、單片機控制電路和LCD顯示電路。頻率計的主要核心部件是采用AT89C51來產生定時和記錄脈沖變化次數，運用AT89C51來構成計數器，突破了大部分運用數字電路模板來構成計數器。本設計主要采用AT89S52芯片和LCD 1602來實現，軟件編程主要采用C51語言來編程。圖一給出了設計框圖。

圖一頻率計構造圖

1.1控制核心

以單片機為核心，待測信號先進入信號放大電路進行放大，再被送到波形整形電路整形，把待測的正弦波或者三角波整形為方波。利用單片機的計數器/定時器的功能對待測信號進行計數。編寫相應的程序可以使單片機自動調節測量的量程，并把測出的頻率數據送到顯示電路顯示。

1.2顯示部分

LCD 1602是具有記憶功能的液晶顯示器，當頻率值不發生變化時無需更新顯示區域。此特點可節約單片機的運行時間，減少測量轉換時間。

1.3波形整形電路

采用LM358比較電路來整形波形，40K電阻和100K的可調電阻對電壓分壓，因為LM358比較器的開環增益很大，所以輸入電壓大于分壓電壓的將變為電源電壓5v，而小于電源電壓的會變成0v。這樣就可以把正弦波、三角波整形成方波。圖二給出了整形電路圖。

圖二波形整形電路

2軟件設計

頻率計的核心部分是程序的編寫，算法的好壞將直接影響頻率計的精度。包括了以下的主要程序:主程序、LCD 1602顯示程序、顯示轉換程序、頻率計算程序。

2.1主程序

主程序只做控制作用，調用了三個子程序定時器1中斷初始化、LCD 1602初始化、在LCD上顯示Welcome，調用結束后等待中斷到來。void main(void)Initial_S1();

//定時器1中斷初始化 LCDSTART();

//LCD1602初始化 Putlcddata();//在LCD上顯示Welcome while(1);} 2.2 LCD 1602顯示程序

void LCDSTARTQ { LCDDATA=0x01;

//清屏光標復位 DISP();LCDDATA=0x38;

//設置顯示模式:8位子行Sx 7點陣 DISP();LCDDATA=0x0c;

//顯示器開、光標開、光標允許閃爍 DISP();LCDDATA=0x06;

//文字不動，光標自動右移 DISP();LCDDATA=0x84;

//設置顯示初始位置 DISP();} 2.3計數程序

本設計中T0采用計數功能，需要注意的一個問題是，輸入的待測時鐘信號的頻率最高可以達到460800Hz，但計數器最多只能計數65536次，顯然需要對計數單元進行擴展。擴展的思路是除了計數器TO的THO和TLO用于計數外，再選用一個計數單元，每當計數器TO溢出回零時產生中斷，中斷程序執行計數擴展單元自增1。本設計需要測量頻率最大為10000Hz，可以不用擴展。void timerl} interrupt 3 { TH1=THCLK;TL1=TLCLK;switch(n){

case2: }if(--switchtime==0)}Frequencyvalue=(THO*256+TLO)/4)* 1000;NumToCharO;

THO=O;TLO=0;} break;}

case3: {if(--switchtime==0){Frequencyvalue=(THO*256+TLO)/4)* 100;NumToChar();

TH0=0;TL0=0;} break;}

easel:{if(--switchtime==0){Frequencyvalue=(TH0*256+TLO)/4)* 10+60;NumToChar();

TH0=0;TL0=0;} break;}

}

} 2.4顯示轉換

從計數器采集到的頻率數據是整數，不能直接把這些數據送給LCD顯示，因此需要把這些數據轉換為標準有效的字符串。下面這段程序將整數轉換成字符串。

void NumToChar()

{

frequency [0]=Frequencyvalue/ 10000+48;

frequency

[1]=

(Frequencyvalue% 10000)/1000+48;

frequency [2]=(Frequencyvalue% 1000)/ 100+48;

frequency [3]=(Frequencyvalue% 100)/10+48;

frequency [4]=Frequencyvalue% 10+48;

frequency[5]='H';

frequency [6]='z';

frequency [7]='

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簡易數字顯示頻率計的設計

第一篇：簡易數字顯示頻率計的設計

第二篇：頻率計(格式)數字邏輯

第三篇：基于AT89C51單片機的簡易頻率計的設計