设计指标：

1）频率测量范围：1Hz ~ 99.99kHz

2）输入电压幅度：> 20 mV

3）输入信号波形：方波、三角波、正弦波、锯齿波

4）显示位数：4 位十进制

5）量程：分为 x1 、 x10 两档

6）当被测信号的频率超出测量范围时,报警

数字频率计的组成

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。所谓频率，就是周期性信号在单位时间 (1s) 内变化的次数．若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为 f_x=N/T 。因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。可见数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。

从原理图可知， 被测信号 Vx 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ ，其频率与被测信号的频率 fx相同，它被送入由与非门组成的闸门电路；时基电路提供0.5Hz的方波标准时间基准信号Ⅱ ，作为闸门的另一输入端，控制闸门的开发时间；其为高电平时，计数器计数；为低电平时，计数器保持，数据送入锁存器进行锁存显示，然后对计数器清零，准备下一次计数。被测信号 I 从闸门另一端输入，被测信号频率为 fx,闸门宽度 0.5Hz， 若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为 N，则被测信号频率 fx=N/0.5Hz。 可见，闸门时间 T 决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择 T 大一些,测量准确度就高一些,T 小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确。

数字频率计单元电路设计

1、放大、整形电路设计

使用增益带宽积为10MHz的运放NE5532构成的过零比较器可使输入信号不产生畸变；由运放构成的过零比较器可使得计数器能有效识别脉冲信号；D1、D2w稳压二极管使得信号幅值保持在5Vpp，R3起限流作用。                                                                                               

74LS160 对信号进行10分频，实现10倍扩展，开光打到 x10 档时显示数字是实际频率的 1/10 。着部分电路由 NE5532 构成的电压跟随器与74LS160构成的十分频计数器组成。

2、时基电路的设计

脉冲发生器通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得 2Hz 的秒脉冲。晶振为 32768 Hz ，通过 14 分频后可获得 2Hz 的脉冲输出；由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。本实验采用 32768HZ 晶体振荡器来产生时钟脉冲，实验所需的是标准的秒脉冲信号，所以用74ls74来进行4分频，得到我们需要标准的0.5HZ的信号。

分频输出波形：

3、逻辑控制电路设计

控制电路从某种意义上讲，是整机电路设计的成败关键。在时基信号II结束时产生的负跳变用来产生锁存信号Ⅳ，锁存信号Ⅳ的负跳变又用来产生清“0”信号V。脉冲信号Ⅳ和V可由两个单稳态触发器74LSl23产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。触发脉冲从B端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q可获得一正脉冲, Q非端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足Ⅳ和V的要求。

74LS123 是可重复触发的单稳态多谐振荡器，由高电平或低电平进行脉冲触发，且触发得到的脉冲宽度可调。

4、锁存器

锁存器的作用是将计数器在闸门时间结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值．闸门时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号Ⅳ，将此时计数器的值送译码显示器。选用8D锁存器74LS273可以完成上述功能．当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Q_n不变．所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。

5、计数、译码、显示电路设计

1）计数电路：由 74LS160 组成。

2）译码显示电路：用于将计数器输出的 BCD 码表示的十进制数转换成能驱动数码管显示的段信号，以获得数字显示。 CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码 —— 七段译码器；其特点有：BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 显示器。

** CD4511 引脚图如下：**

其功能如下：

D 、C 、B 、A ：是 8421 BCD 码输入端

a 、b 、c 、d 、e 、f 、g ：为译码输出端，输出为高电平 1 时有效

CD4511 的内部有上拉电阻，只需在输入端与数码管笔端接上限流电阻即可正常工作

CD4511 逻辑功能表：

CD4511 只能驱动共阴数码管。

6、报警电路

本设计要求用 4 位数字显示，最高显示为 9999。超过 9999 就要求报警，即当千位达到 9（即1001）时，如果百位上再来一个时钟脉冲（即进位冲），就可以利用此来控制蜂鸣器报警。 电路如下图：

实物图