原创 数字频率计-纯硬件电路

    数字频率计

根据题目要求，数字频率计利用频率测量的定义，在确定的闸门时间内，利用计数器记录待测信号通过整形后的脉冲数，从而计算出待测信号的频率。本系统由秒脉冲发生电路产生电路，控制电路，计数器 ，译码器，显示电路等组成。秒信号产生电路是整个数字频率计系统的基准频率，它直接决定系统的精度，一般用555构成的振荡器或石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号与门电路组合作为产生计数脉冲。将计数脉冲作为个位计数器的时钟计数脉冲，每累计10个个位脉冲发出一个“十位脉冲”信号，该信号将作为“十位计数器”的时钟脉冲。同理，百位，千位均为十进制计数器，则可以实现0Hz～9999Hz频率的测量。译码显示电路将“千、百、十、个”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过4位数码管显示器显示出来。

二基本电路设计

   
1.时基电路秒脉冲发生器

秒脉冲发生器产生数字频率计的基准频率，每个高低电平持续1s，作为门电路的阀门开启时间，石英晶体振荡电路产生的频率精确度高,故采用32.768KHz晶振加14分频器CD4060产生2Hz的信号，再经过双D触发器实现分频就可得到秒脉冲信号。电路连接图见数字频率计电路图。

2.输入电路

输入电路由整形电路构成。整形电路主要因为输入为矩形信号，根据利用频率测频方法，是将方波信号与标准秒脉冲电路通过门电路组合，产生计数脉冲，送至计数器。故需利用整形电路，本设计使用施密特触发器CD40106。 

3.计数电路

计数电路完成对计数脉冲的累加，可由10进制计数器完成。此次设计采用74LS90制作4个10进制加法计数器，每位计数器的clkb接最低位，构成8421BCD码十进制计数器，低位的最高位作为次低位的计数脉冲，这样就可实现对频率的累加，从而达到频率计目的。

4.译码与显示电路

译码电路的功能是将千，百，十，个位计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有CD4511。CD4511是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管，且自带锁存端，高电平锁存输入信号。显示采七段用共阴极数码管显示频率计数，在CD4511输出与数码管输入端需串联1K的限流电阻，防止电流过大烧坏显示二极管。 

5.控制电路

本设计的难点在于控制电路的设计，控制电路需要产生对计数电路的清零信号与译码电路的锁存信号，经查看74ls90与CD4511手册可知，74ls90将367脚拉低，2脚作为清零控制，且有效，CD4511的5脚LE高电平锁存输入信号，因此可设计自动产生清零与锁存控制信号，在显示阶段需锁存输出，计数之前需对计数器清零，采用单稳态触发，利用暂态信号起锁存与清零，本设计采用74hc123，集成两个单稳态触发器，一个触发器产生正脉冲的清零信号，另一个产生负脉冲的锁存信号。清零与锁存时间由公式 

Tw=0.45*Rc*C选择，一般电容选10uF的电解电容，脉冲宽度选择1ms，则可算出所需电阻，为便于调试，采用10K可调电阻。但实际电路中，锁存时间较小，本系统采用147u电解电容，可显示清楚频率。

电路图attachment download