DOI:10.16525/jki.14-1362/n.2020.03.13
总第189期2020年第3期Total of 189No.3，2020
工业设计
收稿日期：2020-01-08
作者简介：王瑞梅（1999—），女，本科在读，研究方向为电力系统及其自动化；闫施羽（1998—），女，本科在读，研究方向为通信与信息系统；刘文韬（2000—），男，本科在读，研究方向为通信与信息系统。
基于74LS192芯片的数字频率计设计
王瑞梅，闫施羽，刘文韬
（山东科技大学济南校区，山东
济南
250031）
摘
会生产生活中具有广泛的实用意义。74LS192芯片可作为十进制可逆计数器使用，基于该芯片的功能，使用其进行数字频率计设计。
关键词：频率计；数字电子技术；Multisim 仿真中图分类号：TM935.133
文献标识码：A
文章编号：2095-0748（2020）03-0031-02
现代工业经济和信息化
Modern Industrial Economy and Informationization 引言
频率计测量频率的方法包括周期测量法、频率测量法等多种。本次设计采用频率测量法，设计实现测量范围为1~9999Hz 的数字频率计。其基本电路可分为五大部分，分别为时基模块、分频模块、闸门模块、计数译码模块与数码显示模块。1电路设计原理
使用数字频率计测量频率，即计算单位时间内通过闸门的脉冲个数。通过使用计数器对单位时间内脉冲个数进行计数，再使用显示器显示出对应频率大小。首先需要获得一个具有固定频率的方波脉冲作为时基信号[1]。当输入信号传送至闸门模块时，通过控制相应电路的开启与关闭时刻，实现每一次脉冲计数。在计数过程中，译码器对实时计数结果进行译码后，七段数码管显示出所测频率的大小，从而完成计数的基本过程。在设计测量功能时，为实现仪器的重复使用，应为其设计添加清零模块[2]。2单元电路的设
计
时基电路用于产生标准方波信号，此模块由555定时器、电容和电阻构成。
已知555定时器产生的方波周期T=LN2*C1*（R1+2R2），在此设定C1=10nF ，R1=47.5kohm,R2=48kohm 。同时将滤波电容C2的电容值设定为10nF ，此时输出方波的周期为ln2*10n*（47.5k+2*48k ）=0.001s 。
由以上计算可得：由定时器输出的信号频率为
1/T=1kHz ，可将时基信号输送至下一级分频电路
。
当获取标准时基信号后，需要对此信号进行分频处理，以得到频率为1Hz 的标准闸门的控制信号。本次设计中使用三片十进制计数芯片74LS160，分别实现由1kHz 至1Hz 的三次分频。将三片计数器芯片按照位次顺序依次相连，得到1Hz 输出信号可用于控制闸门电路的开启与关闭
。
由于分频信号为1Hz ，通过使用脉冲边沿，可测定待测信号的频率。若以上升沿为时间基准，当上升沿产生时，高电平信号将和待测信号相“与”，“与”运算得到的结果将用于译码电路。当第二次上升沿到来时，闸门模块停止运行，由此完成一次测定[3]。对于闸门电路的设计，此处选取十进制可逆计数器74LS192D 芯片实现。通过将分频信号由UP 端输入，使用分频信号的上升沿开启闸门开始计数。当第二次分频信号上升沿到来时，输出信号控制计数电路停止运行。同时，将输出端产生的高电平信号经过翻转后，用以阻止闸门信号的产生，由此起到锁存计数结果的作用
。
当CLR 端输入高电平时，输出端QA-QD 将实现自动清零操作，闸门清零电路设计如图1所示。
图1闸门清零电路示意图
74LS192D
CLD 清零端（高电平有效）
U14A 74LS04D
S9
键=空格
R21k Ω5.0V VCC
第10卷
现代工业经济和信息化
xdgyjjxxhx@163
Design of Digital Frequency Meter Based on 74LS192Chip
Wang Ruimei,Yan Shiyu,Liu Wentao
（Shangdong University of Science &Technology in Jinan,Jinan Shandong 250031）
Abstract:The frequency meter is a special instrument for measuring the unknown signal frequency,which is widely
used in the field of production test and signal modulation,and has a wide practical significance in the production and life of today's society.The chip 74LS192can be used as a decimal reversible counter.Based on the function of the chip,the digital frequency meter is designed.
Key words:frequency meter;digital electronic technology;Multisim
simulation
经过时长为1s 的闸门电路后，与门输出的待计数信号随即输入计数器芯片进行计数。对于计数电路的设计，此处选取74LS160D 芯片实现。为了实现结果清零，设计如图2所示的手动按键电路实现。当按键按下时，芯片的~CLR 清零端输入低电平，计数器芯片随即被清零
。
当计数结果输送至译码模块后，首先要将二进制结果进行转换，得到相应高低电平信号。译码模块使用译码驱动器CD4511芯片实现。为了实现测量1~9999Hz 频率范围内的信号，本次使用4片CD4511芯片构成译码电路
。
译码电路输出的高电平信号可点亮发光二极管。本次设计中，数码显示电路使用4片SEV-EN_SEG_COM_K 芯片实现。当清零按键按下时，四个数码管显示出清零数值，证明计数结果已被清零。3总体电路的
仿真调试
设定待测信号频率为300Hz ，运行simulink 软件进行仿真，通过查看数码显示模块可得仿真结果如图3所示。
由图3可得输入信号频率的设定值与测量值完全一致，证明频率计可正常运行。
改变待测信号的频率重复以上操作，可得到其他频率区段的测量结果如表1所示
。
观察测得数据可知，测量结果准确度较高。随着设定频率值的升高，正弦信号频率测量结果在中频
段的相对误差值维持在0.1%内。综合测量结果可得，该频率计可以实现对低、中、高区段信号的测量需求，能够以较高的测量精度完成测量任务
。
由555定时器构成的时基电路中电容元件受温度影响较大，温度升高时电容值易发生变化，对此可作出相应改进。通过查阅相关资料，可知石英晶振被广泛应用于产生固定频率。由于石英晶振产生的输出信号频率过高，需对已有频率进行分频处理。分频结束后，可以使用所得低频信号作为闸门输入信号。
参考文献
[1]熊潇.高精度频率计的设计与研究[D].武汉：武汉科技大学，2014.
[2]李朝阳.数字频率计的设计与实现[J].电子测试，2017（14）：5-6.
[3]
叶文强，程永茂，孙艺轩，等.基于Multisim 11.0的简易数显频率计设计[J].电子设计工程，2017，25（5）：133-137.
（编辑：王红霖）
图2计数清零电路示意图
S9键=空格
U14A
74LS04D
R21k Ω5.0V VCC
74LS160N CLR 清零端（低电平有效）
图3待测频率为300Hz 时的仿真测量结果
VCC
5.0V
U9
DA DB DC DD ~EL ~BI ~LT
OA OB OC OD OE OF OG
543
71261312111091514
4511BD_5V
U8U1U4U10
函数发生器-XFG1
波形信号选项频率：占空比：振幅：偏置：
3005050
Hz %Vp V
设置上升/下降时间
+
普通
-
U3
DA DB DC DD ~EL ~BI ~LT
OA OB OC OD OE OF OG
543
71261312111091514
4511BD_5V
表1正弦波频率测量精度表
输入频率/Hz
测得频率/Hz
差值/Hz
相对误差
5005000010001000005000500330.06%8000
8006
6
0.075%施羽
32··
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