数字集成芯片构成的频率计数器设计

　　频率计数器是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、三角波信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种非电量信号的频率进行测量，例如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等，这些物理量的变化情况可以通过相应的传感器先转变成周期变化的电量信号，然后用频率计数器测量单位时间内变化次数，利用8421码编码的十进制计数器进行计数，计数的结果由译码显示电路显示出来。

　　1 频率计数器整体方案设计

　　所谓频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其数学表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率;N为T时间内所累计的脉冲个数;T为计数时间。计数器单位时间内的计数结果，即为被测信号的频率。本系统就是按照频率的这一定义来实现其测量的，其系统原理框图如图1所示。

　　本系统由输入电路、逻辑控制电路、计数显示电路、时基产生电路4大部分构成，其工作原理为：被测频率信号经过放大、整形之后，将其变换为频率与之相等的计数脉冲信号，作为闸门的一路输入信号，而时基产生电路产生方波信号，送给逻辑控制电路，产生控制闸门开启和关闭的门控信号，作为闸门的另一路输入信号。门控信号为高电平时，闸门开启，计数脉冲信号通过闸门进入十进制计数器进行计数;门控信号为低电平时，闸门关闭，十进制计数器停止计数，计数的结果通过译码显示电路显示出来。本系统可实现10～9 999 Hz信号的频率测量，还可通过调节555定时电路的输出频率改变测量精度。

　　2 频率计数器硬件电路设计

　　2.1 输入电路设计

　　实际测量中的输入信号种类繁多，可能是正弦波、三角波、方波或其他形式的波形，不能够满足后级的闸门或计数电路要求，所以在测量的时候需要将被测信号经过一个整形电路，将其变化成满足计数电路要求的脉冲信号。并且在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况，所以还要考虑信号的放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，则调节输入放大的增益，使被测信号得以放大。如图2所示为放大整形电路。为保证测量精度，在整形电路的输入端加一前置放大器，对幅值较低的被测信号经放大后再送入整形电路整形。模块电路由单级共射放大电路、74LS00与非门和基本RS触发器所构成，其中3DG100为放大器，可对周期信号进行放大后再传入整形器中对信号进行整形。输入电路通过基于multisim仿真软件的电路仿真，可实现正弦波、三角波到脉冲信号的转换，如图3所示。