CN206132852U - 数字频率计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字频率计，包括，电源、整流稳压电路、方波生成电路、控制门、信号放大电路、第一波形整形电路、计数器、数据锁存器和显示电路，电源的一路输出信号经整流稳压电路后输出直流电供数字频率计使用；电源的另一路输出信号经方波生成电路后得到秒信号，该秒信号输出至控制门用来控制控制门的开闭，同时该秒信号输出至数据锁存器；被测信号依次经信号放大电路和第一波形整形电路后输出至控制门从而生成计数脉冲，该计数脉冲经计数器后输出至数据锁存器，数据锁存器内寄存的信号输出至显示电路显示。实现可接入任何不确定信号且能准确测量被测信号的频率的优点。

Description

数字频率计

技术领域

本实用新型涉及测量装备领域，尤其涉及数字频率计。

背景技术

目前，许多情况下，要对信号的频率进行精确测量则要用到数字频率计。数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间(1S)内信号发生周期变化的次数。如果能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。而现有的数字频率计存在不能完全接入所有不确定信号,且测量被测信号的频率不准确的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种数字频率计，实现可接入任何不确定信号且能准确测量被测信号的频率的优点。

本实用新型的目的采用以下技术方案实现：

一种数字频率计，包括，电源、整流稳压电路、方波生成电路、控制门、信号放大电路、第一波形整形电路、计数器、数据锁存器和显示电路，电源的一路输出信号经整流稳压电路后输出直流电供数字频率计使用；

电源的另一路输出信号经方波生成电路后得到秒信号，该秒信号输出至控制门用来控制控制门的开闭，同时该秒信号输出至数据锁存器；

被测信号依次经信号放大电路和第一波形整形电路后输出至控制门从而生成计数脉冲，该计数脉冲经计数器后输出至数据锁存器，数据锁存器内寄存的信号输出至显示电路显示。

优选的，所述显示电路，包括显示译码器和LED显示电路，所述显示译码器的输出端与LED显示电路的输入端连接，所述显示译码器的输入端与数据锁存器的输出端连接。

优选的，控制门为与门或或门。

优选的，电源采用50Hz的交流市电。

优选的，所述方波生成电路包括，全波整流电路、第一波形整形电路和分频器，所述全波整流电路的输入端与电源连接，所述全波整流电路的输出端与第一波形整形电路的输入端连接，所述第一波形整形电路的输出端与分频器的输入端连接。

优选的，所述全波整流电路，包括反相器UOB和反相器UOC，所述反相器UOB的输出端与反相器UOC的输入端连接，所述反相器UOB的输入端与反相器UOC的输出端串联电容C1，所述反相器UOB的输入端与反相器UOB的输入端串联滑动变阻器R。

优选的，所述反相器UOB和反相器UOC采用斯密特触发反相器74HC14。

优选的，所述信号放大电路包括，运放器OPO7，所述运放器OPO7的反相输入端串联电阻R2，所述运放器OPO7的反相输入端与运放器OPO7的输出端之间串联电阻R3，所述运放器OPO7的同相输入端与电阻R1串联后接地，所述运放器OPO7的输出端与地间串联稳压二极管DW，所述稳压二极管DW的阴极与运放器OPO7的输出端连接。

优选的，所述第一波形整形电路采用施密特触发器。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过设置信号放大电路和第一波形整形电路对被测信号进行处理，以及通过秒信号对控制门进行控制，从而达到可接入任何不确定信号且能准确测量被测信号的频率的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的数字频率计的原理框图；

图2为本实用新型实施例所述的数字频率计的电子电路图；

图3a本实用新型实施例所述的全波整流的输出波形图；

图3b为本实用新型实施例所述的第二波形整形电路的输出波形图；

图4a和图4b本实用新型实施例所述的分频器的输出波形图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1所示，一种数字频率计，包括，电源、整流稳压电路、方波生成电路、控制门、信号放大电路、第一波形整形电路、计数器、数据锁存器和显示电路，电源的一路输出信号经整流稳压电路后输出直流电供数字频率计使用；

电源的另一路输出信号经方波生成电路后得到秒信号，该秒信号输出至控制门用来控制控制门的开闭，同时该秒信号输出至数据锁存器；

被测信号依次经信号放大电路和第一波形整形电路后输出至控制门从而生成计数脉冲，该计数脉冲经计数器后输出至数据锁存器，数据锁存器内寄存的信号输出至显示电路显示。

电源与整流稳压电路：电源采用50Hz的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为数字频率计提供直流电源。数字频率计对电源的要求不高，可以采用串联式稳压电源电路来实现。

其中，显示电路，包括显示译码器和LED显示电路，显示译码器的输出端与LED显示电路的输入端连接，显示译码器的输入端与数据锁存器的输出端连接。

方波生成电路包括，全波整流电路、第一波形整形电路和分频器，全波整流电路的输入端与电源连接，全波整流电路的输出端与第一波形整形电路的输入端连接，第一波形整形电路的输出端与分频器的输入端连接。

全波整流与第二波形整形电路：本频率计采用市电频率作为标准频率，以获得稳定的基准时间。按国家标准，市电的频率漂移不能超过0.5Hz，即在1％的范围内。用它作普通频率计的基准信号完全能满足要求。全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流，得到如图3a所示100Hz的全波整流波形。第二波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为如图3b所示100Hz的矩形波。

第二波形整形电路可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。

分频器：分频器的作用是为了获得1S的标准时间。电路首先对图3a和图3b所示的100Hz信号进行100分频得到如图4a所示周期为1S的脉冲信号。然后再进行二分频得到如图4b所示占空比为50％脉冲宽度为1S的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。

分频器可以采用计数器通过计数获得。二分频可以采用T触发器来实现。

信号放大电路和第一波形整形电路：

为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。信号放大电路与第一波形整形电路的作用即在于此。信号放大电路可以采用一般的运算放大电路，第一波形整形电路可以采用施密特触发器。

控制门为与门或或门。控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，另一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。

计数器：计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为9999Hz，应采用4位十进制计数器。可以选用现成的10进制集成计数器。

锁存器：在确定的时间(1S)内计数器的计数结果(被测信号频率)必须经锁定后才能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器，为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。

显示译码器与数码管：显示译码器的作用是把用BCD码表示的10进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。

选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。

如图2所示，全波整流电路，包括反相器UOB和反相器UOC，反相器UOB的输出端与反相器UOC的输入端连接，反相器UOB的输入端与反相器UOC的输出端串联电容C1，反相器UOB的输入端与反相器UOB的输入端串联滑动变阻器R。

反相器UOB和反相器UOC采用斯密特触发反相器74HC14。

信号放大电路包括，运放器OPO7，运放器OPO7的反相输入端串联电阻R2，运放器OPO7的反相输入端与运放器OPO7的输出端之间串联电阻R3，运放器OPO7的同相输入端与电阻R1串联后接地，运放器OPO7的输出端与地间串联稳压二极管DW，稳压二极管DW的阴极与运放器OPO7的输出端连接。

图2中，74HC14组成非对称多谐振荡器，产生100Hz标准信号，对100Hz信号的分频得到1Hz信号，采用7位二进制计数器74HC4024组成100进制计数器来实现。计数脉冲下降沿有效。在74HC4024的Q7、Q6、Q3端通过与门加入反馈清零信号，当计数器输出为二进制数1100100(十进制数为100)时，计数器异步清零。实现100进制计数。为了获得稳定的分频输出，清零信号与输入脉冲“与”后再清零，使分频输出脉冲在计数脉冲为低电平时保持一段时间(10mS)为高电平。

电路中采用双JK触发器74HC109中的一个触发器组成T触发器，它将分频输出脉冲整形为脉宽为1S、周期为2S的方波。从触发器Q端输出的信号加至控制门，确保计数器只在1S的时间内计数。从触发器端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。

被测信号通过741组成的运算放大器放大20倍后送施密特触发器整形，得到能被计数器有效识别的矩形波输出，通过由74HC11组成的控制门送计数器计数。为了防止输入信号太强损坏集成运放，在运算放大器的反相输入端接入1个保护二极管。

本数字频率计在具体使用过程如下：

(1)器件检测：

用数字集成电路检测仪对所要用的IC进行检测，以确定每个器件完好。如有兴趣，也可对LED数码管进行检测。

(2)电路连接：

在自制电路板上将IC插座及各种器件焊接好；装配时，先焊接IC等小器件，最后固定并焊接变压器等大器件。电路连接完毕后，先不插IC。

(3)电源测试：

将与变压器连接的电源插头插入220V电源，用万用表检测稳压电源的输出电压。输出电压的正常值应为+5V。如果输出电压不对，应仔细检查相关电路，消除故障。稳压电源输出正常后，接着用示波器检测产生基准时间的全波整流电路输出波形。正常情况应观测到如图3a所示波形。

(4)基准时间检测：

关闭电源后，插上全部IC。依次用示波器检测由U1(74HC4024)与U3A组成的基准时间计数器与由U2A组成的T触发器的输出波形，并与图4a和图4b所示波形对照。如无输出波形或波形形状不对，则应对U1、U3A,U2A各引脚的电平或信号波形进行检测，消除故障。

(5)输入检测信号：

从被测信号输入端输入幅值在1V左右频率为1KHz左右的正弦信号，如果电路正常，数码管可以显示被测信号的频率。如果数码管没有显示，或显示值明显偏离输入信号频率，则作进一步检测。

(6)输入放大与整形电路检测：

用示波器观测整形电路74HC14的输出波形，正常情况下，可以观测到与输入频率一致、信号幅值为5V左右的矩形波。如观测不到输出波形，或观测到的波形形状与幅值不对，则应检测这一部分电路，消除故障。如该部分电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测控制门。

(7)控制门检测：

检测控制门U3C(74HC11)输出信号波形，正常时，每间隔1S时间，可以在荧屏上观测到被测信号的矩形波。如观测不到波形，则应检测控制门的两个输入端的信号是否正常,并通过进一步的检测找到故障电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测计数器电路。

(8)计数器电路的检测：

依次检测4个计数器74HC4518时钟端的输入波形，正常时，相邻计数器时钟端的波形频率依次相差10倍。如频率关系不一致或波形不正常，则应对计数器和反馈门的各引脚电平与波形进行检测。正常情况各电平值或波形应与电路中给出的状态一致。通过检测与分析找出原因，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。

(9)锁存电路的检测：

依次检测74HC374锁存器各引脚的电平与波形。正常情况各电平值应与电路中给出的状态一致。其中，第11脚的电平每隔1S钟跳变一次。如不正常，则应检查电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。

(10)显示译码电路与数码管显示电路的检测：

检测显示译码器74HC4511各控制端与电源端引脚的电平，同时检测数码管各段对应引脚的电平及公共端的电平。通过检测与分析找出故障。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数字频率计，其特征在于，包括，电源、整流稳压电路、方波生成电路、控制门、信号放大电路、第一波形整形电路、计数器、数据锁存器和显示电路，电源的一路输出信号经整流稳压电路后输出直流电供数字频率计使用；

电源的另一路输出信号经方波生成电路后得到秒信号，该秒信号输出至控制门用来控制控制门的开闭，同时该秒信号输出至数据锁存器；

被测信号依次经信号放大电路和第一波形整形电路后输出至控制门从而生成计数脉冲，该计数脉冲经计数器后输出至数据锁存器，数据锁存器内寄存的信号输出至显示电路显示。

2.根据权利要求1所述的数字频率计，其特征在于，所述显示电路，包括显示译码器和LED显示电路，所述显示译码器的输出端与LED显示电路的输入端连接，所述显示译码器的输入端与数据锁存器的输出端连接。

3.根据权利要求1或2所述的数字频率计，其特征在于，所述控制门为与门或或门。

4.根据权利要求1或2所述的数字频率计，其特征在于，所述电源采用50Hz的交流市电。

5.根据权利要求4所述的数字频率计，其特征在于，所述方波生成电路包括，全波整流电路、第一波形整形电路和分频器，所述全波整流电路的输入端与电源连接，所述全波整流电路的输出端与第一波形整形电路的输入端连接，所述第一波形整形电路的输出端与分频器的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的数字频率计，其特征在于，所述全波整流电路，包括反相器UOB和反相器UOC，所述反相器UOB的输出端与反相器UOC的输入端连接，所述反相器UOB的输入端与反相器UOC的输出端串联电容C1，所述反相器UOB的输入端与反相器UOB的输入端串联滑动变阻器R。

7.根据权利要求6所述的数字频率计，其特征在于，所述反相器UOB和反相器UOC采用斯密特触发反相器74HC14。

8.根据权利要求1或2所述的数字频率计，其特征在于，所述信号放大电路包括运放器OPO7，所述运放器OPO7的反相输入端串联电阻R2，所述运放器OPO7的反相输入端与运放器OPO7的输出端之间串联电阻R3，所述运放器OPO7的同相输入端与电阻R1串联后接地，所述运放器OPO7的输出端与地间串联稳压二极管DW，所述稳压二极管DW的阴极与运放器OPO7的输出端连接。

9.根据权利要求1或2所述的数字频率计，其特征在于，所述第一波形整形电路采用施密特触发器。