简易数字频率计电路图大全 - 全文

简易数字频率计电路图（一）

本文介绍一台采用六功能电子表改装的数字频率计，它具有造价低廉，制作调试简单，读数方便等特点，很适合于初学者自制。

工作原理：由六功能电子表（以下简称“表”）原理可知，当把“表”置于“跑表计时”工作状态时，在两次按动“ADVANCE”键后，“表”显时间就是两次按键的间隔时间。若设间隔时间为T，表显数值为M，则M=T·F/N（F为注入到表的信号频率，N为表的分频系数）。当使T=N（或T=N×10-x）时，则F=M（或F=M×10x），即表显数值M就是输入到表的信号频率F。这就是本频率计的基本工作原理。

电路如图所示。

9V电源经IC1稳压为IC2和IC3提供稳定的5V工作电源，5V电源再经R7和LED2降压为电子表提供1.5V电源。IC2和IC3等完成对表的清零和产生T=N×10-x（32.80S和3.28S）的标准按键脉冲。S2为档位转换开关，分×10和×100两档，单位为HZ；SB为测量按钮；S1‘～S3’分别是表的“MODE”、“SET”和“ADVANCE”按键。工作过程如下：接通电源，由IC2（NE555）、R1～R4和C3组成的自激振荡器振荡，IC3（CD4017）通过C5清零后开始计数，经一定时间Q9输出高电平，由于Q9与EN端相接，IC3计数停止。此后按动S1‘把表转换至“跑表计时”状态。测量时，被测信号接到A和B两端，S3置测量位，信号经R11、D1和D2限幅后通过C7耦合到表，按动SB，Q9的高电平使IC3清零并再次计数。随着IC2脉冲的不断输入，IC3的Q1～Q9依次输出高电平。在Q1输出高电平时，相当于按了一下S2’键，表清“0”（显示为0:00oo）；在Q3输出高电平时，相当于按了一下S3‘键，表开始计时（实则计数）；在Q8输出为高电平时，相当于又按了一下S3’键，表计时停止。此时表显数值就是在IC2输出5个脉冲周期内所进入到表内的脉冲个数（即频率）。在Q9输出高电平时，IC3计数停止，完成一次测量过程。R8～R10、LED3和LED4用于限制输入到表“键”控端的电压；LED1用于测量指示，在测量完毕后发光，以示测量时间已到，可以读数。

元件选择：S1为电源开关，S2和S3选单刀双掷小型拨动开关，SB为测量按钮开关。为保证测量的稳定性能和精度，C3需选择漏电流较小耐压在16V的钽质电容，R1～R2最好用1/4W的金属膜电阻器，R3和R4用1/2W的51K线性微调电位器。为方便于安装，电子表需用带“跑表”功能的BP机式电子表。其它元件的选择如图所注。

制作与调试：打开电子表后壳细心拆下线路板，找到表的电源（+）和（-）极，以及“SET”和“ADVANCE”按键的接点，作好标识设法用细软线引出表壳外，再把内部晶振的一个端点与线路板脱开，参照电路图连接小型开关S3并把S3固定在表壳一侧（表内一侧正好有此空间），将各引出线与主线路板连接好并恢复电子表机壳后就可进行调试。调整：接通电源，把表置“跑表计时”工作状态，S3置校准位，按动SB进行校准。S2在×10位时，调R3使表显值为32.80S（理论值为32.768S）；S2在×100位时调R4使表显数值为3.28S即可。

使用与注意事项：1.测量后，表显数值与S2所在档位的乘积就是被测信号的频率，单位为HZ。S2在×10档时，误差为10HZ；S2在×100档时，误差为100HZ。在显示数值〉59.99S时，分位值应×6000后再与秒位数值相加。2.在被测信号频率较低时，表屏将不能正常显示，需待测量结束（即LED1发光）后，把S3打在校准位置进行读取。3.表到主电路板的各连线应尽量短，特别是C7到S3之间的连线最好使用屏蔽线。4.输入到表的信号最好小于1MHZ。

功能扩展：1.如欲测量较高信号频率时，可采用在限幅前加分频电路的方法进行扩展，如用一块CD4017可使量程扩展到10MHZ等。2.如把IC2等组成的振荡器中的电容，电阻（或电感）换成待测元件，依据振荡器的脉冲周期T与元件参数成正比的关系，用它就可测量上述元件的参数值了。

简易数字频率计电路图（二）

本文利用前置分频器SAB6456A和高速数字分频器74HC390的分频功能，结合新型的MSP430F449单片机，给出了一种新颖的、全自动的数显测量射频频率的设计方案。

图1 信号的前端处理及分频电路

主要器件介绍

MSP430F449单片机

MSP430F449 采用16位RISC结构，具有丰富的片内外设和大容量的片内工作寄存器和存储器，性能价格比很高。它的特点包括：

· 超低的功耗：能够在1.8V~ 3.6V的电压下工作；具有工作模式（AM）和5种低功耗模式（LPM）。在低功耗模式下，CPU可以被中断唤醒，响应时间小于6ps。

· 较强的运算能力：16位的RISC结构，丰富的寻址方式；具有16个中断源，可以任意嵌套；在8MHz时钟驱动下指令周期可达125ns； 内部包含硬件乘法器和大量寄存器，以及多达64KB的Flash程序空间和2KB的RAM，为存储数据和运算提供了保证。

· 丰富的片上外设：包括看门狗定时器，基本定时器，比较器，16位定时器（TA、TB），串口0、1，液晶显示驱动器，6个8位的I／O端口，12位ADC （最高采样率200kHz）等。丰富的片上外设可以很方便地构建一个较为完整的系统。另外，充分利用计数器的多路任意波形产生功能和中断控制功能，保证了一些复杂的时序控制任务的完成。

·方便高效的开发环境：MSP430F449是Flash型器件，片内有调试接口和电可擦写的Flash存储器，可以先下载程序到Flash内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计师调试。这种方式不需要仿真器和编程器，调试十分方便。

前置分频器SAB6456A

SAB6456A是专为UHF/VHF设计的前置分频器。内部的MCpin为分频控制端，可对频率范围为70MHz-1GHz的信号进行64/256分频，当MC pin开路时为64分频；当MC pin接地时为256分频。有较高的灵敏度和较强的谐波抑制能力。

图2 单片机外围电路

工作原理

该设计主要分两部分：分频和计数。首先，输入信号限幅后经SAB6456A分频，256分频后的信号再经两片74HC390高速分频器进行1000分频，此时模拟信号变为低频数字信号，频率在10kHz以下；其次，分频后的信号直接接入MSP430F449单片机，利用内部的16位定时器A来定时和计数。该定时器可分为几个部分：计数器部分，捕获/比较寄存器及输出单元。其中，计数器有4种工作模式，3个捕获/比较寄存器。利用计数器的连续计数模式和上升沿捕获模式，在定时器中断中计数N个脉冲信号时间，再除N得到频率。

硬件设计

图1为信号的前端处理及分频设计。输出后的信号再经两片SN74HC390分频，SN74HC390是高速分频器件，最高分频频率为50MHz。每片 SN74HC390可实现100分频，采用两片串联，可实现对信号的1000分频，经分频后的数字信号频率较低，约4kHz以下，可由单片机直接计数。

图2为单片机外围电路，包括复位电路，电源电路和单片机工作必须的晶振。晶振有8MHz和32.768kHz两种，8MHz 作为定时器A的计数器输入时钟源；32.768kHz 作为数码管的显示频率。74LS373为D型锁存器，5V单电源供电，因输出电流足够大，也可以直接驱动共阴极LG3631AH型数码管。

软件设计

将分频的输出端OUT接至单片机的频率输入端，程序开始先延时一段时间，待信号稳定。开捕获中断和定时器A，在定时器A 中断中计数N个脉冲，测量结束后得到N个脉冲的时间，然后除N得到脉冲的频率，乘以分频系数得到实际频率并显示，经过短暂延时后重新测量，如此循环测量并显示。

在测量频率时，为保证精度要关掉LED显示，所以，对于频率较低的信号会发生LED闪烁的情况，解决办法是测量较少个脉冲以减少平均测量时间或减少延时。

采用动态扫描显示，动态扫描显示的原理是：由P4向各个位轮流输出扫描信号，使每一位瞬间只有一个数码管被选通，然后由P3向该位输入显示的字型码，驱动该位字形段显示字形。这样，在P3送出的码段和P4送出的位段的配合下，使各个数码管轮流显示各自的字形，每位的显示时间要超过1ms，这样人眼就感觉不到闪烁了。

测量主程序如下：

void frequency_measure（void）

{float tmp，tmp1;

key_flag=0;//按键标志清0

P1OUT|=BIT0;

Delay（1000）; file://延时一段时间等待信号稳定

while（1）

{ IE2&=~0X80; file://关BT，关LED

firstflag=1;//开始测量第一个脉冲

TACTL|=TAIE; file://开捕获

CCTL1|=CCIE;//开timer a

while （f_ok_flag==0）;//等待测量结束

f_ok_flag=0;

if （aa1》aa2）

overflow=overflow-1;

tmp=aa2-aa1;

tmp1=40.0/（overflow*0.008191875+（tmp/8000000.0））;

result=tmp1*0.256;

IE2|=0X80;//开BT，开LED

yanshi（2，2）;//可以修改这里的参数，越大表示延时越长，太小的话LED就会变暗

CCTL1&=~CCIE;//关捕获

TACTL&=~TAIE;//关timer a

return;

}

}

流程图如图3所示。

图3 主程序流程

结语

本文给出的硬件和软件均经过实践检验，使用该测量仪器所测结果精度较高。该测量仪器价格较低，结构简单，是一种经济型的频率测试仪。

简易数字频率计电路图（三）

频率计由频率-电压转换电路、触发脉冲产生器、分频器和3 1/2位数字面板表组成。

IC1是高速TTL施密特触发器74HC132，输入信号经整形后送入四级10分频电路或触发器电路（由量程开关K2控制）。IC1、IC2、IC3及C4R4组成4us触发脉冲发生器。IC5（555）和R7、C5组成单稳态电路，3脚输出经过R8、R9和面板表内部0.01uF电容组成的积分网络后，转换成平均直流电压值，即由555输出的Vp脉冲峰值转换成Vp·t/T，t为脉宽，T为与输入频率f成反比的脉冲周期，或写成Vp·t·f。由于单稳电路的输出幅度和脉宽为定值，故平均输出电压只与频率成正比关系。当3 1/2位面板表基准电压值标定后，就可直接显示输入频率值了。

本电路的量程分五档：2kHz、20kHz、200kHz、2MHz、20MHz。555单稳电路的脉宽取决于R7、C5的时间常数，图示参数对应的脉宽约为300us.

简易数字频率计电路图（四）

1、测频原理

电路原理见下图本频率计是采用对输入脉冲进行计数的方式实现测频的，测量范围为1Hz-99.999kHz。（1OHZ以下稍有偏差）IC9构成时钟电路。C2，32768Hz晶体，R3，R4与IC9内部电路共同组成振荡电路，产生32768Hz脉冲经IC9内部14级二分频后由③脚输出2Hz脉冲送至IC8的脚。C3，R5为IC8的开机复位电路，因为输入脉冲为2Hz，所以IC8输出端YO至Y9依次产生0.5s的高电平第一个脉冲使IC8③脚为高电平，将IC1至IC5同时清零复位，此时数码管显示为零。第一，第二个脉冲被VD1，VD2合并带宽为Is宽的标准脉冲，经IC8-1反相后变为低电平控制计数闸门，印控制IC5的④脚TE端，闸门打开，计数器开始计数。当第三个脉冲到来时，IC5=④脚变为高电平，计数停止，并显示测量值，一直持续到第十个脉冲，故读数周期为3.5s。当第十一个脉冲到来时，计数器又被清零，开始下一次的测量，如此周而复始地循环。

由于闸门时间为1s，故1s内计的脉冲数即为被测频率。

2、被测信号的输入、放大与整形：R1，C1、组成输入电路。IC1O-2与R3组成放大电路，R3使IC1O-2处于线性放大状态，调整它的阻值可调整放大增益IC1O-3，IC1O-4对输入信号进行整形，使其成为近似方波的信号。被测信号送至IC5的输入端③脚进行计数，然后由数码管显示计数。

3、设计特点：振荡频率32768HZ的晶振，经14级分频后，频率为2HZ，所以选择CD4060作为分频器使用。输出脉冲为2HZ，所以又经CD4017再经两次分频后达到0.5HZ，再经VDI与VD2合成为所需的1HZ基准信号，经门电路形成标准控制脉冲，达到精确测星的目的。

采用石英晶体作频率源，采用分频后再合成的方法，为本设计的关键所在，闸门计数，时间精确，显示精度高，同时，数码管显示时间仅为3.5秒，反应速度快。且成本低，易于制作，不需调试。

技术指标

1.工作电压：直流3.8V。

2.输入灵敏度：《30MV；3.分辨率：1Hz；4.输入波形：正弦波，方波，三角波；5.最高输入电压：30V；6.测量范围：1Hz-99，999kHz：

动LED数码管。R为清零端，当R=1时，计数器直接清零oTE端接闸门控制信号，当TE=0时，计数器开始计数当TE=1时，停止计数，但显示的结果被保留。电路采用3.8V电源供电，既可满足驱动LSD的要求，又可减少干扰与功率损耗。

2、振荡电路：采用频率为32768HZ石英晶体［集成电路CD4060与CD4017作为分频器。

主要元器件的选择

1、驱动与显示：采用5片CD40110（IC1~5）驱动5个LED共阴数码管组成5位十进制计数显示器。

CD40110内部包括十进制计数器和7段译码器两部分，译码输出可以直接驱动LED数码管。R为清零端，当R=1时，计数器直接清零oTE端接闸门控制信号，当TE=0时，计数器开始计数当TE=1时，停止计数，但显示的结果被保留。电路采用3.8V电源供电，既可满足驱动LSD的要求，又可减少干扰与功率损耗。

2、振荡电路：采用频率为32768HZ石英晶体［集成电路CD4060与CD4017作为分频器。