输入信号的幅度Uxm与直流电平Uxo和回差△UT有关，一般说来，△UT越小，对输入信号的幅值Uxm要求越小，如果需要减小回差，可以在555的控制端CO接入一个正电压。
如果取+Ucc=+5V,回差△UT=1.67V。
对于图3.2所示的波形图，若取Uxo=1/3Ucc+1/2△UT=2.5V,则输入信号幅度为Uxm>1/2△UT=0.83V.为使Uxo=2.5V，对于图3.1所示电路，则取R3=R4=10KΩ。
2.2时基电路和闸门电路
如图2.1所示，闸门电路是控制计数器计数的标准时间信号，决定了被测信号的脉冲通过闸门进入计数器进行计数的计数个数，其精度很大程度上决定了频率计的频率测测量精度。
当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。
在此简单数字频率计的中，时基信号采用由555定时器构成的多谐振荡器电路，当标准时间信号（1s高电平）来到时，闸门开通，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器计数；标准时间脉冲结束时（为低电平），闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。
例如，时基信号的作用时间为1s，闸门电路将打开1s，若在这段时间内通过闸门电路的脉冲数目为1000个，则被测信号的频率就是1000Hz。
设标准时基为1s的脉冲是由555定时器构成的多谐振荡器电路产生的，由555定时器构成的多谐振荡气的周期计算公式为：
周期计算公式：
t=t1+t2=0.693（R1+2R2）C；占空比为：
D=t2/（t1+t2）=R2/（R1+2R2）<50%，t1为正方波的宽度，t2为负方波的宽度；若取振荡器的频率f0=1/（t1+t2）=0.8HZ,则振荡器的输出波形如图2.4所示，其中t1=1s，t2=0.25s。
图2.3标准脉冲产生的闸门电路
2.4闸门电路各波形特点
2.3计数电路
计数器用4个74LS190同步十进制可逆计数器构成。
作用是对放大整形电路输出的频率信号进行计数，并将输出的数值输入到锁存器。
如图2.5所示。
图2.5计数电路图
U10的CKA接外来信号，U7、8、9、10的CKB均接相应的QA。
U10的Q3接U9的CKA,U9的Q3接U8的CKA,U8的Q3接U7的CKA。
四个芯片的R01、R02均接地，R91、R92连在一起接时基信号的反向信号。
当R91、R92同为高电平时，四位十进制计数器同时清零。
当R91。
R92同为低电平时，四位十进制计数器正常计数
2.4锁存电路、译码电路和显示电路
图2.6锁存、译码、显示电路
锁存器可选用2个8D锁存器74LS273构成。
锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。
因为计数器在一秒内要计算成千个输入脉冲，若不加锁存器，显示器上的数字将随机数器的输出变化而变化，不便于读数。
当时钟脉冲CP的上升沿到来时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。
从而将4个十进制计数器即个位、十位、百位、千位的输出值送到锁存器的输出端。
正脉冲结束后，无论输入端D为何值，输出端Q的状态仍然保持原来的状态。
译码器采用4个74LS48共阴极显示译码器构成。
译码/驱动器74LS48的作用是将输入的高低电平信号转化为数码管需要的高低电平信号，并控制数码灯的亮灭。
具体连接方式见图2.6。
3．整体电路的设计
3.1总电路分析
如图3所示，被测信号（三角波、正弦波、方波）输入由555定时器组成的施密特触发器整形成与输入信号同频率的矩形脉冲。
将该脉冲输入由74LS90组成的十进制计数器用作时钟信号。
另一片555定时器接成的多谐振荡器输出的高电平时间为1S，低电平时间为0.25S的矩形脉冲信号通过闸门，再通过74LS04反向后，输给74LS273，做锁存的时钟信号，同时输给计数器74LS90的R01、R02控制计数器的计数和清零。
当取反后的时基信号来个上升沿时，锁存器锁存0000。
高电平阶段计数器清零，锁存器一直显示0000不变。
低电平时，计数器开始计数，锁存器清零。
当再来个上升沿时锁存器锁存刚才1S内计数器所计的数据，高电平时，计数器清零，锁存器数据保持不变。
低电平时，锁存器清零，计数器计数。
如此循环工作。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率为f=NHz。
本电路可实现直接测量输入信号的频率，输入的频率范围1～9999HZ。
3.2总电路图
在上述子模块电路的基础上，画出整个电路的总电路图。
如图3所示：
图3整体电路图
4．电路的调测与分析
4.1计数电路的调测
图4计数电路调测
4.2计数、显示电路的调测
如图4所示，连接好电路后。
开始仿真，计数器开始计数，并将相应的计的数通过74LS48芯片译码给七段译码显示器进行显示所计的数。
4.3调试电路的注意事项
在通电调试前，一定要认真检查电路是否有错接、漏接等。
因此要用万用表欧姆档，测量芯片各引脚和各个元器件之间的连接是否正常，测量各个元器件之间的连接是否正常。
用电压表把各个芯片所用的电压调整到规定的数值。
检查各个芯片的接地是否连接牢固。
检查无误，方可通电调试。
5．所用芯片及其它器件说明
本次设计选用的器件有74LS90，74LS48，74LS273，555定时电路，共阴极七段LED数码管等，下面是这些元器件在频率计数器中的应用及原理。
5.1555定时器
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的内部电路框图如右图所示
图5.1555集成电路内部结构
555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图5.2（A）所示，按输入输出的排列可看成如图5.2（B）所示。
其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚称触发端（TR），是下比较器的输入；3脚是输出端（Vo），它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（Vc）,可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。
图5.2555定时器
5.1.1555构成的施密特触发器
图5.3555定时器构成的施密特触发器
4．UI再增大时，对电路的输出状态没有影响。
（a）上升过程
（b）下降过程
5.1.2555构成的多谐振荡器
由555定时器构成的多谐振荡器如图5.4（a）所示，其工作波形见图5.4（b）所示。
接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7（R1+R2）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T≈TH+TL。
图5.4555构成多谐振荡器
上面仅讨论了由555定时器在本次数字频率计课程设计中的应用及原理。
实际上，由于555定时器灵敏度高，功能灵活，因而在电子电路中获得广泛应用。
5.274LS273锁存器
74LS273作为一种带清除端的触发器,在电路中的主要作用是将计数器在1s结束时所计的数进行锁存,使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。
由74LS273的功能表（表1）可知,当时钟脉冲CP的正跳变来到时,锁存器的输出等于输入,即Q=D。
从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端,正脉冲结束后,无论D为何值,输出端Q的状态仍保持原来的状态Qn不变,所以在计数期间内,计数器的输出不会送到译码显示器.其引脚功能如图5.5所示。
表174LS273功能表
输入
输出Q
清除
时钟
D
L
X
X
L
H
H
H
H
L
L
H
L
X
Q0
注:
Q0=稳态输入条件建立之前Q的电平
图5.574LS273引脚图
5.374LS90计数器
集成十进制异步计数器的型号有：
74LS90、74196、74S196，74LS196、74290、74LS290等，它们都是按照8421BCD码进行加法计数的电路（如图5.6），本设计采用的是74LS90计数器。
图5.68421BCD码加法计数状态图
74LS90是TTL系列的十进制计数器，其内部由四个主从触发器和一些附加门电路组成，以提供一个2分频计数器和一个三级的二进制计数器。
其引脚排列如图5.7所示；逻辑功能示意图如图5.8所示。
图5.774LS90的引出端排列图
此芯片有门控置“0”输入端及还有门控置“9”输入端。
为了使用其最大计数长度，须将Q0输出端连到B输入端。
计数输入脉冲加到输入端A上，则输出为BCD计数（见表2）。
若把Q3连接到输入端A上，输出则为二五混合进制（见表3）。
这时输入脉冲加在B端，在Q0的输出上可以得到一个十分频的方波。
74LS90复位/计数功能表（见表4）。
图5.874LS90的逻辑功能示意图
表2BCD计数时序表3二五混合进制
由于本次课程设计的技术指标为1Hz—9999Hz，因此就要求四个计数器级联，图5.10是由74LS90利用输出Q3控制高一位的CP端构成的加计数级联图。
表474LS90复位／计数功能表
图5.10异步计数器级联方案
5.4数码译码显示器
5.4.1七段译码管
一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。
小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。
LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。
LED数码管是目前最常用的数字显示器，按连接方式不同，七段显示数码管分为共阴极和共阳极两种。
图5.11（a）、（b）为共阴管和共阳管的电路，（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。
（d）为7段LED显示器显示的字形。
图（a）共阴连接（“1”电平驱动）图（b）共阳连接（“0”电平驱动）
图（c）符号及引脚功能
图5.117段LED显示器的字形
5.4.2BCD码七段译码驱动器
此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本设计采用74LS48BCD码七段译码/驱动器，并驱动共阴极LED数码管。
图5.12为74LS48引脚排列图；图5.13为74LS48内部功能原理图。
图5.1274LS48引脚排列图
5.1374LS48的内部功能原理图
其中：
1、2、6、7—BCD码输入端；a、b、c、d、e、f、g—译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。
16脚为电源端，接5V电源。
三个控制输入端
、
、
都是低电平有效。
其中：
是输入输出共用一个端口，只有输入4位数据为0时，并且
=0时，该端口为输出状态，输出为低电平。
功能见表5。
表574LS48功能表
三个控制输入端
、
、
各自的功能如下：
--灯测试输入端，用来检查数码管七段是否都能正常工作。
当
=0且
=1时，不管其他输入状态如何，a--g均输出有效的逻辑“1”，数码管七段均应点亮。
当
=1时，译码器方可进行译码工作。
--灭零输入端，可用来熄灭无意义的“0”显示，如整数前的“0”和小数点后的“0”。
--熄灭输入端/灭零输出端。
当
=0时，不管其他输入状态如何，数码管七段均熄灭。
当
=1时，译码器正常工作。
当输入数据DCBA=0000
时，灭“0”端
=0时，为灭0状态，
变为输出端，输出为低电平。
同时由于74LS48内部有升压电阻而无需外部电阻。
结束语
本次课程设计对我个人而言，确实是一项艰巨而富有挑战性的任务。
刚开始拿到这个题目感觉无从下手，然后通过自己去图书馆查阅文献以及上网搜索
在为期两周的课程设计期间，我投入了自己的热情和精力，从开始设计电路图，选择元器件，到使用ProteusPro7.10仿真电路等等。
在共同做实物的过程中出现了不少的问题，例如时基电路的调试便花费了我们很长时间，最后通过不断尝试与修改，终于达到课设任务的要求。
实物制作过程中出现的一些不熟练的操作问题都需要我在平时多学习，进一步的完善自己。
在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。
在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法
通过查阅搭建电路所需元器件的引脚图及功能表，例如74ls273锁存器、74ls90计数器、74ls48译码器以及555构成打的多谐振荡和施密特触发器，只有充分了解其功能表，才能在理论分析以及实物搭建过程中做到游刃有余。
通过这次课程设计，我认识到实践的重要性，它加深了我对数字电路的认识。
它使我掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，增强了我在实际设计中寻找问题，解决问题的能力。
此次课程设计的成功不仅帮助我更好地掌握了书本知识，还增强了我的自信，培养了我独立思考、自主学习和动手能力。
不过，在这次课程设计的过程中，我还是发现了自己的不足。
如运用ProteusPro7.10仿真电路，开始时我的操作不是很熟练，经常找不到所需的元件，仿真频频失败。
从现在开始要有针对性的学习这类软件，以便往后工作的需要。
总的来说，整个课程设计在指导老师热心指导、组员之间相互团结合作下取得了不错的成果。
参考文献
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高等教育出版社，2006.1
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武汉理工大学出版社，2009.8
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华中理工大学出版社.1995.1
[7]王松武.于鑫.武思军.电子创新设计与实践第1版.国防工业出版社.2005.1
附录_元件清单列表
序号
名称
代号
规格型号
数量
1
七段数码管
U5-U8
SEVEN_SEG_COM_K_GREEN
4
2
排阻
R1-R4
2*8DIP
4
3
集成芯片
U1-U4
74LS48N
4
4
集成芯片
U5，U6
74LS273N
2
5
集成芯片
U7-U10
74LS90D
4
6
集成芯片
U12、U11
LM555CN
2
7
集成芯片
U13A
74ls04
1
8
电阻
R1
15K
1
9
电阻
R2
2K
1
10
电阻
R3
10K
1
11
电阻
R4
10K
1
10
电容
C1
0.01uF
1
11
电容
C2
720uF
1
12
电容
C3
1uF
1
13
电容
C4
0.01uF
1
12
直流电源
VCC
+5V
1
升级会员 