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基于PROTEUS數字頻率計的設計
摘 要:該數字頻率計主要由74系列集成電路組成,它除具有基本的計頻功能外,還具有對信號進行放大整形、選擇時基信號、自動清零、自動換擋等功能。將待測頻率的信號加入到信號輸入端,與時基信號經閘門電路送入低位計數器的脈沖端開始計數,利用時基信號的下降沿經反相器去控制鎖存器74HC273,將信號鎖存,并用時基信號的低電平去給計數器清零,達到了很好的效果,以此實現計數、清零、換擋的功能。并通過Proteus仿真軟件驗證了設計的正確性。
關鍵詞:數字頻率計74系列集成器件Proteus
1 系統結構框圖及工作原理
數字頻率計的結構框圖如圖1所示。工作原理:接通電源后,首先檢測一下時鐘源是否起振,然后將分頻電路得到四種基頻信號,待測信號通過放大整形后與時基電路一起送給閘門電路,從閘門電路出來的信號送入低位計數器開始計頻,然后由最高位進位信號控制四種基頻的選擇,再由數據分配器去控制每一個小數點,從而簡便的完成了換擋功能。在這里,我們用時基信號的下降沿經反相器去控制鎖存信號,將數據讀出,再由時基信號的低電平去控制計數器清零,進而保證了鎖存是在清零之前,有效地完成兩部工作。最后,由譯碼器將鎖存的信號譯碼后,再由數碼管顯示出來。
2 系統功能仿真調試
應用Protues進行仿真,驗證所設計的電路能否將待測信號進行放大整形,能否實現頻率測量,能否自動換擋、自動清零,測量高頻時有無較大的誤差,信號能否起振等。
2.1 放大整形電路
2.1.1 調試目的
測試放大整形電路是否具有放大整形的能,整形出來的波形是否為較為標準的方波信號。
2.1.2 調試電路
調試電路如圖2所示。
2.1.3 調試結果
假設輸入正弦波的幅值為2v,其顯示結果為如圖3所示。
2.2 計頻電路
2.2.1 調試目的
調試該頻率計能否實現自動換擋、自動清零以及能否測量出0-9.999MHZ的信號頻率。
2.2.2 調試電路
頻率測試電路如圖4所示。
2.2.3 調試結果
1、待測信號的頻率設為888HZ,其四位數碼管的顯示結果如圖5所示。
2、待測信號頻率設為12.58KHZ,其四位數碼管的顯示結果如圖6所示。
3、待測信號頻率設為100KHZ,其四位數碼管的顯示結果如圖7所示。
4、待測信號頻率設為1050KHZ,其四位數碼管的顯示結果如圖8所示。
3 調試結果分析
3.1 調試電路已實現的功能
通過先分步調試后整體調試的方法,本設計已實現了測量范圍從0-9.999MHZ的精確頻率測量,并且能夠自動換擋、自動清零。該數字頻率計可主要用于測量正弦波、矩形波、三角波、尖脈沖等周期信號的頻率值。
3.2 調試中遇到的問題和此電路的不足
在調試的過程中遇到的問題主要在于對邏輯控制電路和閘門電路的調試。剛開始電平出現了黃色和測量高頻率時測不出數值的問題,即使測量出來了,也會等很久,而且計出來的值總是比所設的值大一,于是我就將兩個鎖存端直接連接,縮短了它的反應時間,再用與非門做閘門電路,很好的解決了以上問題,并且計數很精確,所花的時間也很少。該電路的不足之處就是在于如果頻率要求更高,那么對元器件的要求就更高,用這一電路就很難實現,就只有用微控制器MCU來完成此類頻率計的設計了。
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