数字频率计设计与制作
数字频率设计与制作
一、 设计目的
1． 了解数字频率计测频测周的基本原理；
2． 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。
二、 电路与原理
完整电路见附件一，针对电路各部分说明如下：
1． 放大整形电路
频率为f的正弦波信号由共射共集放大电路放大，再经SN74LS132N整形，使之成为方波。由T1、T2进行放大，SN74LS132N进行整形。
2． 分频器
通过一片SN74LS390N的二分频和五分频功能实现十分频，两次十分频实现百分频。由开关选择不分频、10分频或100分频。方波信号不经过分频器直接接入单片机为不分频。方波信号接入SN74LS390N的1B，从1QD输出对1B的五分频信号接入1A，从1QA输出对1A的二分频信号。所以从1QA输出的信号即是对输出1B信号的十分频。将此十分频后的信号再经过一次十分频2B—2QD—2A—2QA后，即可以实现对原方波信号的百分频。
3． 单片机主控单元
经过分频器选择开关后的方波信号接入单片机的定时/计数器T1。测量方式选择按钮分别接入单片机的INT0、INT1。按下连接INT0的按钮选择测频方式。按下连接INT1的按钮选择测周方式。测频时由单片机的定时/记数器T0提供定时，测周时由T0计量信号的周期。软件完成各种判断与数据处理工作。P口和P2口的部分引脚控制显示。
4． 显示电路
显示器是８位共阴极的LED。单片机的P0口输出经反相器SN7406N后提供八位数码管的位选信号，P2口的低４位输出经译码器CD4511译码后提供的段选信号。P2口的P24控制数码管低４位的小数点显示，P25控制数码管高４位的小数点显示。LED动态扫描显示测量结果。
三、 各IC作用及管脚图
１． SN74LS132整形芯片
起到将正弦信号整形成方波信号的作用。其逻辑表达式Y=/(AB) 或Y=/A+/B
2.SN74LS390N分频器
主要起到十分频和百分频的作用
２． CD4511译码器
译码显示作用（显示驱动）
管脚图
真值表
３． SN7406N反相器
由于是共阴极LED，所以需要将MCU中输出的高电平信号取反。
逻辑表达式：Y=/(*A)
四、 基于单片机的数字频率计设计框图
五、 主要性能指标
低频达0.5Hz，甚至更低;
高频达450KHz（在不分频的情况下）；
输入低至50mV信号时，仪器能正常工作；
在十分频下工作正常；
百分频下高频可达12MHz；
低频状态下测周稳定。
已经完成预期设计目标，而且超过设计要求。
六、软件程序（见附件二）
七、总结
１． 出现问题。
问题一、模拟部分的电路分布不是很合理，显得杂乱无章。在测试静态工作点时遇到了本次课程设计的第一个拦路虎――静态工作点极不稳定，而且稳压器7805温度比较高。由于线路分布比较混乱，查问题也比较麻烦。
问题二、数字部分的显示部分出现了本次设计的第二只拦路虎――显示“０”、“２”、“３”时始终是错误的。错误在显示“０”时显示的是“８”，显示“２”与“３”时，f段总是亮的。看起来“２”显得不伦不类，“３”像个不规范的“９”。
２． 分析问题
针对问题一、线路分布的不合理在于刚开始安排时没注意看电路板的结构特点。印刷电路板已经设计了很多所谓的“大线”，从头到尾贯穿一直的是导通的，是被用作地线和电源线的。而我只是把他们当作普通导线处理，造成容易出现问题，为防止以后在数字电路部分出现问题和影响数字部分的部线，我将模拟部分的“大线”都切断处理了，其中有一段被切为两段，一部分作为导线用，一部分作为地线用了。另外其他部分一律与数字部分隔离。
静态工作点不稳定的原因是有一个点没有焊接，只是插到印刷板的孔里去了。所以造成测试时接触不良。在经过两个人一条条的“穿针引线”地查错才找到那根没焊接的点（由于焊接的不规范，将两根线插在一个孔里了，这样没焊接的导线并不是很松，所以不是很容易查出来）。
针对问题二、分析问题：显示不正常，有两种可能。一是硬件电路；二是所用的单片机软件。
先从硬件查起，逐条电路线用万用表进行检测，排除短路与断路的可能性（这里主要是短路的问题，因为是多亮了一条线而不是缺少线）。硬件没排查出什么问题，各条电路均没出现短路与断路。在换了多套程序后问题依然出现。软件出现问题的可能性不大，因为这些程序在其他人的板子上可以正常工作。
再综合利用用软件帮助硬件的检测。具体做法是编写了一套专门用来检测数码管的程序，这套程序的任务是让数码管逐个从“０”显示到“９”。并循环显示。然后逐个分析，是哪个数码管的哪位有问题，是在显示哪几个数字时错误。最后得出问题二的判断。
下一步是分析这几个错误的共同点。不该显示的显示了，那一定是由于某些原因被供电了，但在硬件线路检查时没发现短路。而进一步分析问题时考虑到“这些不该点亮而被点亮的部分”是随着另一部分一起被点亮的（具体的来说就是分析２与３的笔画结构）。这样就多了一种可能――数码管间的短路。在通电情况下，拔下数码管，一个个检测数码管插座，发现果然有两脚短路。按这条线索一路查下去，问题的关键在于多连接了一条线。拆除后一切显示正243