数字频率计的设计和仿真

数字频率计的设计和仿真石岩蟒摘要：以单片机为核心器件,实现了数字频率计的设计,并在Proteus软件仿真环境下搭建仿真电路,采用Kell软件进行软硬联调,成功地实现了数字频率计的仿真。在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此,频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。电子计数测频有两种方式,一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;二是间接测频法,即周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量,间接测频法适用于低频信号的频率测量[1]。本次设计的频率测量系统以单片机AT89C52为核心,采用汇编语言和直接测量方法,成功地实现了宽领域,高精度的数字频率计的设计和仿真。关键词：数字频率计单片机Proteus仿真Kell仿真2一、设计思路该频率计首先以信号放大整形后的方波脉冲作为控制闸门信号,然后采用计数器和锁存器对不同频率范围的信号直接进行计数来完成分频功能,分频后的信号由接口电路送给单片机,由单片机的计数器对其进行计数,最后将计数结果通过运算转变为原信号的频率数值,最后通过动态显示电路显示数值。由于单片机内部振荡频率很高,所以一个机器周期的量化误差相当小,可以有效的提高低频信号的测量准确性。本设计以单片机AT89C52为核心,通过译码、分频、计数等电路,以及软件程序的编写,实现脉冲频率的显示。整体设计思路可用框图1表示。框图中,各部分的作用及所采用的器件说明如下。二、计数测量部分包括计数器电路和数据锁存器电路计数器电路采用了74LS590芯片完成计数功能。对于频率较小的输入脉冲可以只让一个74LS590芯片发挥作用,即计数的个数小于256时则只有一74LS590芯片进行计数,对于频率较大的输入脉冲需要让两个74LS590芯片发挥作用,即计数个数大于256小于65535时两个74LS590芯片分别进行高八位、低八位计数。数据锁存器电路由74LS157芯片组成。它的任务是对输入的信号进行锁存,而后将信号直接输入到单片机电路。计数测量部分实现了计数分频的作用,即扩大频率的计数范围,以确保当输入脉冲的频率过高时同样顺利完成计数374LS157芯片[3]组成。它的任务是对输入的信号进行锁存,而后将信号直接输入到单片机电路。计数测量部分实现了计数分频的作用,即扩大频率的计数范围,以确保当输入脉冲的频率过高时同样顺利完成计数。三、单片机部分采用了AT89C52单片机,AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbyte的可反复擦写的只读程序存储器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,与标准MCS-51指令系统及8052产品引角兼容,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元四、外部数据读写电路数据显示电路由限流电路和七段数码管组成,采用的器件是74LS374芯片和LED显示器。74LS374芯片的主要作用是显示前的电流驱动,因为数码管显示所需4电流比较小,而从8D上升沿触发器输出的电流比较大,所以需要加个适当的电阻进行限流。LED显示器的结构由发光二极管构成a、b、c、d、e、f和g七段,并由此得名[6]。在设计中采用了五个七段数码管进行数据显示,将五个数码管串接起来进行显示,显示数据即是对频率计的测量结果。五、软件设计流程图。在设计中软件流程如图2所示。为使图2所示流程能顺利地完成预期的功能,在初始化部分,计数部分,4byte法部分,数据显示部分都分别设计了流程图。完成信号的周期测量后,需要做一次倒数运算才能获得信号的，待测信号计数器、电路数据锁存器AT89C52单片机有效位判断?74LS138译码器数据显示电路YESNO停止译码频率。为提高运算精度,这里采用4byte定点算术运算,需要自行编写4byte出发指令,即组成4byte除法部分。图2.软件设计框图5六、Kell仿真结果本次设计使用Proteus软件搭建仿真电路,用Kell软件进行了软硬联调。经过Kell软件调试,在没有差错的情况下,生成HEX文件,此时源程序和HEX文件应保存在同一目录下,否则仿真会出错。然后把原理图的Sourse目录加上源程序,双击T89C52芯片,并在目录上加上HEX文件,这时已经把生成好的文件烧在了芯片中,注意每打一次原理图进行仿真时,必须重新设置Sourse文件和HEX。按照以上步骤将仿真软件调整好之后就可以将脉冲频率设置好输入到仿真软件内,得到最后的仿真结果。从图2仿真结果中可以看出,两个脉冲频率不同的输入信号通过分频计数,较为成功的在数码管上显示出来。虽然有一定的误差,但与其他方法相比,它所需要的外围器件较少,适用于嵌入式系统,得到的频率计领域较宽,精度较高,是一种较为成功的设计方案。七、结束语通过运用单片机,Proteus仿真软件以及Kell仿真软件的相关知识,成功地实现了数字频率计的设计。数字频率计是一种基本的测量仪器,是用数字显示被测信号频率的仪器,如配以适当的传感器,可以对多种物理量进行测试,因此,它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。随着电子技术的快速发展,它将被更广泛的应用到各个领域中去。参考资料[1]郝建国,刘立新,党建华.基于单片机的频率计设计.西安邮电学院学报2003年8月[2]李华等编著.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版1995年[3]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,1995[4]陈明荧.8051单片机课程设计实训教材.北京:清华大学出版社,2003[5]清华大学研究组编,阎石主编.数字子电子技术基础.北京:高等教育出版6社,1997[6]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社,1995