數(shù)字頻率計是一個實(shí)用的器件，經(jīng)過技術(shù)的不斷發(fā)展，使數(shù)字頻率計的設(shè)計方案有更多的選擇性，而性能也可以大大提高。實(shí)現(xiàn)方案有：小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)、單片機(jī)實(shí)現(xiàn)、CPLD實(shí)現(xiàn)、綜合實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)有知識，我們釆用小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。圖1所示為簡易數(shù)字頻率計原理方框圖，將待測頻率的脈沖和取樣脈沖一起送入與門中，在取樣脈沖為高電平的t1~t2期間，與門開放，待測脈沖則通過與門進(jìn)入十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)。計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果，就是t1~t2期間待測脈沖的個數(shù)N。如果t1~t2寬度為1s,則待測脈沖就是 N(Hz)。根據(jù)框圖分析數(shù)字頻率計的具體電路：時基信號由555定時器構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形，CD4017產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時基信號，作為閘門開通的基準(zhǔn)時間。被測信號通過閘門，作為CD4518計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，計數(shù)的個數(shù)經(jīng)CD4511譯碼驅(qū)動，數(shù)碼管實(shí)時顯示被測信號頻率的數(shù)值，這樣就達(dá)到了測量頻率的目的。具體電路如圖2所示。圖1簡易數(shù)字頻率計原理方框圖1圖2簡易數(shù)字頻率計電路圖表1元器件功能表序號元器件代號型號及參數(shù)1555組成多諧振蕩器274LS00隔離作用3IC2b、IC2c74LS00控制門4CD4017產(chǎn)生取樣脈沖5IC4、IC5CD4518計數(shù)6IC6、IC7、IC8CD4511七段顯示譯碼器7決定多諧振蕩器的頻率8R0、LED1檢測秒信號時基電路本簡易數(shù)字頻率計的時基電路可以采用晶振構(gòu)成，也可以采用555定時電路構(gòu)成時基電路。本來晶振構(gòu)成時基電路比555構(gòu)成的時基電路穩(wěn)定性好，精度高；但基于元件的選擇，我們選用IC555定時電路構(gòu)成時基電路。取樣脈沖產(chǎn)生電路IC1輸出的秒信號經(jīng)IC2a反相后，作為時鐘信號加到IC3(CD4017)的CP輸入端，產(chǎn)生時序控制信號，從而實(shí)現(xiàn)1s內(nèi)的脈沖計數(shù)、數(shù)值保持及計數(shù)清零。IC2a輸出第一個高電平脈沖信號時CD4017的Q1端由低電平變?yōu)楦唠娖剑敝罜D4017的CP端輸入第二個脈沖信號前，將一直保持高電平狀態(tài)，保持時間為1s：Q1的輸出信號即為IC2a與非門的控制信號，當(dāng)Q1為高電平時，被測信號可以通過IC2a、IC2進(jìn)入IC5(CD4518)的CP端，進(jìn)行計數(shù)，于是，在1s內(nèi)累計的計數(shù)脈沖個數(shù)即為被測信號的頻率；頻率顯示由CD4511和數(shù)碼管完成?？刂崎T電路控制門用于控制輸入脈沖是否送計數(shù)器計數(shù)。它的一個輸入端接標(biāo)準(zhǔn)秒信號，即IC3的Q1的輸出信號，一個輸入端接被測脈沖。控制門可以用與門或門來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)釆用與門時，秒信號為正時進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)采用或門時，秒信號為負(fù)時進(jìn)行計數(shù)。本項(xiàng)目控制門電路IC2b、IC2c采用C74LS00與非門構(gòu)成的。計數(shù)電路計數(shù)器的作用是對輸入脈沖計數(shù)。根據(jù)設(shè)計要求，最高測量頻率為999Hz,應(yīng)采用3位十進(jìn)制計數(shù)器，可以選用現(xiàn)成的10進(jìn)制集成計數(shù)器。本設(shè)計選用CD4518進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)IC3的Q1為高電平時，被測信號可以通過IC2b、IC2c進(jìn)入IC5(CD4518)的CP端，進(jìn)行計數(shù)，于是，在1s內(nèi)累計的計數(shù)脈沖個數(shù)即為被測信號的頻率。數(shù)值保持IC2a輸出第二個脈沖信號時，CD4017的Q1端由高電平變?yōu)榈碗娖?，Q2端由低電平變?yōu)楦唠娖?，IC2b被封鎖，數(shù)顯計數(shù)器停止計數(shù)，直至CD4017的CP端輸入第三個脈沖信號前，Q2保持高電平，此時高電平持續(xù)時間(1s)為數(shù)值保持時間。顯示譯碼器與數(shù)碼管顯示譯碼器的作用是把用BCD碼表示的10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動數(shù)碼管正常顯示的段信號，以獲得數(shù)字顯示。選用顯示譯碼器時其輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。本項(xiàng)目顯示數(shù)碼管采用的是共陰極雙列直插式的，其顯示譯碼器選用了CD4511來驅(qū)動這三個共陰數(shù)碼管。IC2a輸出第三個高電平脈沖信號時，CD4O17的Q1由低電平變?yōu)楦唠娖剑环矫嫱ㄟ^CD4017的CR端使CD4017清零，同時通過S使計數(shù)器及數(shù)顯也清零，以便下次重新計數(shù)，清零后Q0為高電平，保持時間1s,然后開始下一個循環(huán)。數(shù)值保持時間延長將CD4017的Q3端與CR斷開，使Q4與CR相連，則數(shù)值保持時間為2s。標(biāo)準(zhǔn)頻率計一臺、數(shù)字邏輯試驗(yàn)箱一臺、雙蹤示波器一臺、萬用表一塊、電烙鐵一把、邏輯測試筆一支、元器件一套，元件清單見表5.10。表2簡易數(shù)字頻率計元器件清單元器件名稱型號規(guī)格數(shù)量時基電路NE5551顯示譯碼器CC45113LED數(shù)碼管共陰3四二入與非門74LS001雙十進(jìn)制計數(shù)器CD45182十進(jìn)制計數(shù)、分配器CD4017120kΩ151005.1kΩ111微調(diào)電位0.01uF2100uF1IC插座8p1IC插座1IC插座6IC插座40p1數(shù)碼管用二極管1N41482LED發(fā)光二極管紅高亮1按鈕開關(guān)1萬能板9X151焊錫絲電路元器件檢測1）集成十進(jìn)制計數(shù)器CD4518的測試采用頻率計測定計數(shù)器的輸入脈沖重復(fù)頻率f1以及CD4518的Q3輸出脈沖重復(fù)頻率f0，f1/f0應(yīng)等于10。因此，通過測定計數(shù)器輸入和輸出（進(jìn)位）脈沖的重復(fù)頻率，可以判斷計數(shù)器是否正常。測試方法：將CD4518插入數(shù)字電路邏輯試驗(yàn)箱芯片座上，接上電源和地，使CD4518處于計數(shù)狀態(tài)，CP端接頻率為450kHz左右的輸入脈沖，用標(biāo)準(zhǔn)頻率計分別測試CP端和Q3端的頻率，驗(yàn)證f1f0是否等于10。2）十進(jìn)制計數(shù)、分配器CD4017的測試CD4017引腳排列如圖3所示。功能表如表3所示。圖3CD4017引腳排列圖表3CD4017功能表測試方法：將CD4017插入數(shù)字電路邏輯試驗(yàn)箱芯片座上，使CD4017處于計數(shù)狀態(tài)，CP端接輸入脈沖重復(fù)頻率f1，測量任一輸出端Q0-Q3，頻率應(yīng)該都相同，且與f1之比應(yīng)等于10。3）LED數(shù)碼管的檢測檢測方法是：把萬用表置于蜂鳴擋，用黑表筆接LED的COM端，紅表筆接其他端口，若數(shù)碼管各段依次點(diǎn)亮，則說明數(shù)碼管完好。1）安裝將檢驗(yàn)合格的元器件按圖2所示的實(shí)驗(yàn)電路或?qū)⒆约涸O(shè)計好的電路安裝在萬能電路板上。焊接電路時，最重要的是根據(jù)電路原理圖畫好電路板圖，要使電路板美觀，布局很重要。2）調(diào)試步驟（1）仔細(xì)檢查、核對電路與元器件，確認(rèn)無誤后加入規(guī)定的+5V直流電壓。（2）通電后發(fā)光二極管LED1應(yīng)閃爍發(fā)光，調(diào)節(jié)RP應(yīng)可改變閃爍頻率；說明555振蕩電路工作正常。(3)測頻功能調(diào)試：接入被測信號fx(頻率范圍1~999Hz),數(shù)碼管過一段時間顯示一次被測信號頻率。為了保證頻率計的測量精確度，必須保證555振蕩電路的振蕩周期為1s。可以先將一被測頻率接入標(biāo)準(zhǔn)頻率計，讀出讀數(shù)；然后接入簡易頻率計中，調(diào)節(jié)RP的值，直至簡易頻率計的讀數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)頻率計的讀數(shù)為止。(4)清零功能測試：按下按鈕開關(guān)S,頻率計應(yīng)顯示為000,而后又自動測量被測信號頻注意：調(diào)試時一定要小心，通電前觀察電路板有無明顯的故障處。例如，元器件的短路、損壞以及脫落，導(dǎo)線有無搭橋、斷路等明顯痕跡。通電后，觀察電路有無異?，F(xiàn)象，如冒煙、發(fā)熱現(xiàn)象，一旦有異常，馬上關(guān)閉電源。|故障分析與排除1)產(chǎn)生故障的幾個可能原因(1)譯碼顯示錯誤。(2)計數(shù)錯誤。(3)集成元器件使用不當(dāng)或功能無效。(4)脈沖信號產(chǎn)生錯誤及與門工作不當(dāng)。(5)所用儀表性能不夠用，有故障或使用不當(dāng)。(6)干擾信號的影響。2)故障排除的步驟(1)基準(zhǔn)時間信號檢測關(guān)閉電源后，插上全部IC。依次用示波器檢測NE555時基脈沖輸出信號，CD4017組成的分頻輸出信號以及由CD4518組成的計數(shù)器的輸出波形，并用數(shù)字萬用表測的電壓與波形對照。如無輸出波形或波形形狀不對，則應(yīng)對NE555、CD4017、CD4518各引腳的電平或信號波形進(jìn)行檢測，并檢査電路線路是否連通，以消除故障，直至數(shù)碼管正常顯示。(2)輸入信號檢測從被測信號輸入端輸入幅值在1V左右頻率為1kHz左右的正弦信號，如果電路正常，數(shù)碼管可以顯示被測信號的頻率。如果數(shù)碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號頻率，則作進(jìn)一步檢測。(3)控制門檢測’用示波器檢測控制門74LS00輸出信號波形，正常時，每間隔1s時間，可以在熒屏上觀測到被測信號的矩形波。如觀測不到波形，則應(yīng)檢測控制門的兩個輸入端的信號是否正常，并通過進(jìn)一步的檢測找到故障電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測計數(shù)器電路。(4)計數(shù)器電路的檢測用示波器依次檢測2個計數(shù)器CD4518時鐘端的輸入波形，正常時，相鄰計數(shù)器時鐘端的波形頻率依次相差10倍。如頻率關(guān)系不一致或波形不正常，則應(yīng)對計數(shù)器和反饋門的各引腳電平與波形進(jìn)行檢測。正常情況下各電平值或波形應(yīng)與電路中給出的狀態(tài)一致。通過檢測與分析找出原因，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測譯碼顯示電路。（5）顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路的檢測用萬用表檢測顯示譯碼器CD4511各控制端與電源端引腳的電平，同時檢測數(shù)碼管各段對應(yīng)引腳的電平及公共端的電平。通過檢測與分析找出故障。3）故障排除的方法（1）將已調(diào)整好的單元電路板替代有故障的或是有疑問的單元電路板，如果故障確實(shí)在這一單元內(nèi)，則應(yīng)進(jìn)一步查找原因，否則轉(zhuǎn)向其他單元電路板查找故障。這可以繼續(xù)使用替代法判斷該單元電路板內(nèi)故障究竟是發(fā)生在集成器件還是外電路元件，只要換一下該單元的集成器件即可判斷。如果用性能完好的器件替代后，系統(tǒng)故障消除了，則證明集成器件已失效，否則還要進(jìn)一步判斷外電路上元件或布線的故障。（2）對于簡易頻率計電路而言，為了減少調(diào)試工作量，可把電