简易数字显示频率计的设计

简易数字显示频率计的设计摘要：本文应用NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路，实现可测量1HZ-99HZ这个频段的数字频率计数器。关键词：脉冲；频率；计数；控制1引言在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得很重要。测量频率的方法有很多,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。2电子计数器测频方法电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。3简易数字频率计电路组成框图本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路。从单元电路的功能进行划分，该频率计由四大模块组成，分别是电源电路、时钟电路（闸门）、计数译码显示电路、控制电路（被测信号输入电路、锁存及清零）。电路结构如图1所示。图1简易数字频率计电路组成框图4单元模块电路设计4.1电源电路在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如图2所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。图2电源电路220V市电经220V/12V变压器T降压，二极管桥式整流电路整流，1000uF电容滤波后送人7809的输入端（1脚）。7809的第二脚接地，第三脚输出稳压的直流电压，C7、C8是为了进一步改变输出电压的纹波。红色发光管LED指示电源的工作状态，R9为LED的限流电阻，取值为5.1K。4.2时钟电路电路如图3所示，由NE555构成的多谐振电路，3脚输出振荡脉冲，其中LED为黄色发光二极管，R1为5.1K，R2为1K，R3为10K，C1,C5为100UF,C4为0.01UF，C2为1000PF,RPE选取10K。图3时钟电路4.3计数、显示电路电路中，CD40110是集十进制加减计数、译码、锁存、驱动于一体的集成电路。CPU为加法输入端，当有脉冲输入时，计数器做加法计数；CPD为减法输入端，当有脉冲输入时，计数器做减法计数。QCO为进位输出端，计数器做加法时，每计满10数后其输出一个脉冲；QBO为借位输出端，计数器做减法时，每计满10数后其输出一个脉冲。该频率计电路使用CPU输入端，在第10个脉冲信号输入时，QCO输出的进位脉冲作为计数脉冲送到高位计数器的CPU输入端。5脚R端为计数器的清零端，当此脚加上高电平信号时，计数器的输出状态为零，并使相应的数码管显示0。4.4被测信号输入电路NE555等构成频率为1Hz的振荡信号，由其3脚输出经非门反相后，作为控制信号加到CD4017的CP输入端，产生时序控制信号，从而实现1s内的脉冲计数（即频率检测）、数值保持及自动清零。从图4中可以看出，当非门输出端输出第一个高电平脉冲时，这个脉冲使得CD4017的Q1输出端由低电平变为高电平；在CD4017的CP输入端输入的第二个脉冲信号到来之前，Q1将一直保持高电平状态。在Q1输出高电平时,由CD4011组成的“与”门控制电路打开，从USB与非门的另一端输入的被测脉冲信号就可以通过“与”门控制电路，进入到CD40110的CPu输入端，进行脉冲计数。通过调节电位器调整NE555的振荡频率，使得Q1输出高电平的持续时间为1s，那么在1s内的计数累计的计数脉冲个数，即为被测信号的频率。4.5频率显示电路当USA与非门输出第二个脉冲信号时，CD4017的Q1输出端由高电平变为低电平，Q2输出端由低电平变为高电平。Q1输出端的低电平使“与”门控制电路关闭，此时由F2的另一脚输入的被测信号就不能通过，计数器不工作。因此，当第二个脉冲出现时，数显计数器停止计数。在第三个脉冲到来之前，Q2输入端保持高电平，此高电平持续时间（1s）即为数值保持时间，可在1s内读取被测信号的频率显示值。4.6计数及显示清零电路当第三个脉冲来到时，Q2端变为低电平，Q3端输出高电平，但是由于Q3端与CD4017清零端Cr相连接，这个高电平信号使CD4017清零，Q1,Q2,Q3端全变为低电平。CD4017的Q3输出端出现的瞬时高电平信号通过二极管加到CD40110的清零端R，使计数器及数显清零，以便下次重新计数。图4频率计整机电路原理图5结论从电路的工作原理可以以看出，本电路介绍的频率计的检测周期为3s，每检测一次，计数器累计时间1s，数据保持1s，清零后又保持1s，然后又开始计数、保持、清零的循环。如果感到数值保持时间过短，读数取值不方便时，可将CD4017的Q3输出端与Cr断开，使Q4与Cr清零端相连，这样数据保持时间就变为2s。本简易数字显示频率计的设计目的是为了数字电路教学使用，使学生能够灵活使用各类常见集成电路，掌握较复杂电路的设计步骤，在频率测量上难免有很多缺陷。参考文献【1】王港元.电工电子实践指导.江西科学技术出版社,2005;【2】闫石.数字电子技术基础.高等教育出版社,2003;【2】王雅芳.protel99se电路设计与制版入门与提高.机械工业出版社,2011;ThedesignofthesimplefrequencymeterwithdigitaldisplayAbstracts:Inthispaper,thedigitalfrequencyconsistsofNE555clockcircuit,the7809regulatedpowersupplycircuit,theCD4017controlcircuit,theCD40110countinglatchdecodingcircuitandthedigitaltubedisplaycircuit.Itcanmeasurethefrequencyof1HZ-99HZ.Keywords:Pulse,frequency,counting,control