Des ign of D i g i t ai Freque&cy MePer Based os74HC192
葛敏杰1王楚楚2杨欢1(1绍兴文理学院机械与电气工程学院，浙江绍兴312000；
2绍兴文理学院数理信息学院，浙江绍兴312000)
摘要：频率计是一种专门测量信号频率的电子测量仪器。在生产、教学等领域具有实用意义。使用74HC192、74HC373等芯片进行数字频率计设计。该设计精度较高、成本较低、功耗低，续航能力强，具有较好的性价比。
关键词：频率计；数字电子技术；仪器设计
Abstract:D i g i t ai frequency meters an electron icnstrument to measure s i g nal frequency,wh i c h is w i d ely used&the field of product i o n,educat i o n,etc.Th i s paper uses74HC192,74HC373and other ch ips to des ign the d i g i t ai frequency meter.The des ign has the advantages of h igh prec i s i o n,low cost,low power consumpt i o n,strong battery life and good cost performance.
Keywords:frequency meter,d i g i t ai electron i c technology,i n strument des i g n
频率测量是电子测量领域的一项重要内容［1］，在产品测量、教
学等领域具有较为广泛的价值意义。而传统频率计虽然量程大,
精度高，但其体积庞大，重量较大，不易便携，并且售价较高，使得
企业生产成本增加。而本文设计的基于74HC192的频率计精度
较高，体积小，重量轻，利于便携，并且成本较低，适合测量低频信
号，并且精度要求不高的场所使用。频率计频率测量方法有直接
测频法、间接测量法、周期测量法、频率测量法等咱養本文采用频率
测量法，实现测量0~9999Hz数字频率计。该设计包含时基电路、
闸门电路、计数与锁存电路、译码显示电路、动态扫描电路。
1电路总体设计
本次实验选用555芯片，提供标准的时间脉冲信号，其一个
周期持续时间为1s o闸门电路由D触发器进行控制，按下开关等
待时基脉冲的上升沿到来时闸门开启输岀1s高电平，计数器开始
计数，在同一脉冲的下降沿到来时，闸门关闭，计数停止计数。同时
逻辑控制电路产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁
存，并把锁存结果输送到译码器来控制七段显示器，这样就可以得
到被测信号的数字显示的频率。设计流程图如图1所示：
图1设计流程图
2电路的设计
2.1时基电路设计
时基电路用于产生标准方波信号，此模块由NE555、电容、
电位器和电阻构成，设计原理图如图2所示。
已知NE555输岀方波周期计算公式：
T=ln2(R1+2R2)*C,(1)为减小其他不可抗因素影响输岀信号的周期，该时基电路采用频率可调的多谐振荡器电路，同时考虑到设计成本，本设计选用常用规格阻容与电位器，砸1选择量程为50k O的电位器与10k Q 的电阻串联,R2选择47k O电阻，悦1选择10滋F电容。在电路运行过程中可以调节电位器进行校准，以此实现较好的环境适应性。2.2闸门电路设计
闸门电路使用CD4013进行设计，设计原理图如图3所示。NE555输岀的周期为1s方波信号;4脚(R)与6脚(S)接地；1脚(Q)输岀，接入开关SW2一端以及CD4013反相器；SW2另一输入端接入高电平，选择端接计数锁存电路的74HC373的11引脚(LE)，实现清零功能；反相器输岀端接74HC192的14引脚渊MR)，实现1s后停止计数功能。在运行过程中，需要先按下开关SW1等待时基脉冲的上升沿到来，时闸门开启输岀1s 高电平。计数器开始计数，在同一脉冲的下降沿到来时，闸门关闭，计数停止计数，由此起到锁存计数作用。
2.3计数与锁存电路
计数与锁存电路由74HC192与74HC373组成，
设计原理
《工业控制计算机》2021年第34卷第6期143
图如图4所示:
图4计数与锁存电路原理图
计数器的功能是对闸门送来的被测信号的频率进行测量计 数。本设计的计数器使用74HC192，其功能表如表1所示：
表1 74HC192功能表
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由表3可知，被测频率为500Hz 至9999Hz 时，相对误差较 小，准确度较高。同时，通过观察可知，测量频率普遍比实际频率
偏小，因此可以小幅度提高时基电路输岀周期，以提高测量精度遥 4结束语
本设计成本较低，为5.71元，同时，功耗较低，有不错的续 航能力。本设计也有许多不足，时基电路中，电容元件受温度影 响较大，虽然可以通过电位器减小其影响，但作为一款产品，经
常需要校准是一件较为麻烦的事情。通过查阅相关资料，可知石 英晶振稳定性较好，广泛应用于产生固定频率，但由于石英晶振
输岀信号频率过高，需对其分频处理卩-4」，以此可以替代NE555 为核心的多谐振荡器，构成较为稳定的时基电路。本设计仍有许 多不足与可改进之处，因此今后需要进一步完善，使得设计的性
价比更高。
参考文献
[1 ]林建英，伍勇•数字频率计在综合设计实验教学中的多方案实现•实
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[3] 王瑞梅，闫施羽，刘文韬•基于74LS192芯片的数字频率计设计[J ].
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[4] 李朝阳•数字频率计的设计与实现[J ] •电子测试,2017( 14)： 5-6
[收稿日期：2021.3.1]
该设计中,74HC192的DN 与PL 接高电平;TCU 接下一
计数器UP 引脚进行扩展，当计数器计到9时,TCU = 1，进位； D0-D3接低电平，当MR=0时，从0开始计数；当MR = 1时，计
数器输岀全为低电平。
锁存器的作用是将计数器在 1 s 结束时的计数值进行锁存，使显 示器获得稳定的测量值, 本设计使 用74HC373进行锁存,74HC373
功能表如表 2 所示。
表2 74HC373功能表OE
LE DAI A
Qi
L H H H L n L
L L L X
Qn H X
X
Z
该设计中,OE 接低电平，使74HC373处于工作状态。当LE 为低电平时，进入锁存状态；当LE 为高电平，复位，数码管置0。
2.4译码显示电路
译码显示电路由4511与共阴极数码管组成，设计原理图如
图 5 所示：
图5译码显示电路原理图
计数器工作1s 后,74HC373锁存器停止工作，并将被测信
号频率显示到数码管上。当按下清零按键SW2后，数码管清零。
2.5动态扫描电路
动态扫描电路由74HC138与74HC192组成，设计原理图
如图 6 所示。
74HC192的D0-D3引脚预置低电平。5脚(UP )引脚接入 外接信号,4脚(DN )与11脚(PL )接高电平，14脚(MR )接低电
平，以此实现0~3循环输岀。再通过74HC138进行译码，实现
图6动态扫描电路原理图
Y0~Y3循环输岀，以此实现动态扫描功能，同时可以改变外接 信号频率实现动态扫描快慢。通过动态扫描的方式可以减小本
设计的功耗，因此实现低成本低功耗性能。
3仿真与调试
本设计使用RIGOL 普源DS1102E 数字存储示波器进行时 基信号校准输岀周期为1s 的时钟信号，使用普源(RIGOL ) DG1022Z 函数任意波形发生器提供被测信号与动态扫描信号。
测试结果如表3所示：
表3频率测量精度表
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