數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和仿真

1、 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和仿真 石巖蟒 摘要：以單片機(jī)為核心器件,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì),并在Proteus軟件仿真環(huán)境下搭建仿真電路,采用Kell軟件進(jìn)行軟硬聯(lián)調(diào),成功地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字頻率計(jì)的仿真。在電子技術(shù)中,頻率是最基本的參數(shù)之一,并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系,因此,頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測量頻率具有使用方便、測量迅速,以及便于實(shí)現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點(diǎn),是頻率測量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)測頻有兩種方式,一是直接測頻法,即在一定閘門時(shí)間內(nèi)測量被測信號的脈沖個(gè)數(shù);二是間接測頻法,即周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量,間接測頻

2、法適用于低頻信號的頻率測量1。本次設(shè)計(jì)的頻率測量系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C52為核心,采用匯編語言和直接測量方法,成功地實(shí)現(xiàn)了寬領(lǐng)域,高精度的數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和仿真。 關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計(jì) 單片機(jī) Proteus仿真 Kell仿真 一、設(shè)計(jì)思路該頻率計(jì)首先以信號放大整形后的方波脈沖作為控制閘門信號,然后采用計(jì)數(shù)器和鎖存器對不同頻率范圍的信號直接進(jìn)行計(jì)數(shù)來完成分頻功能,分頻后的信號由接口電路送給單片機(jī),由單片機(jī)的計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行計(jì)數(shù),最后將計(jì)數(shù)結(jié)果通過運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)樵盘柕念l率數(shù)值,最后通過動態(tài)顯示電路顯示數(shù)值。由于單片機(jī)內(nèi)部振蕩頻率很高,所以一個(gè)機(jī)器周期的量化誤差相當(dāng)小,可以有效的提高低頻信號的測量準(zhǔn)確性

3、。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C52為核心,通過譯碼、分頻、計(jì)數(shù)等電路,以及軟件程序的編寫,實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的顯示。整體設(shè)計(jì)思路可用框圖1表示?？驁D中,各部分的作用及所采用的器件說明如下。 二、 計(jì)數(shù)測量部分包括計(jì)數(shù)器電路和數(shù)據(jù)鎖存器電路 計(jì)數(shù)器電路采用了74LS590芯片完成計(jì)數(shù)功能。對于頻率較小的輸入脈沖可以只讓一個(gè)74LS590芯片發(fā)揮作用,即計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)小于256時(shí)則只有一74LS590芯片進(jìn)行計(jì)數(shù),對于頻率較大的輸入脈沖需要讓兩個(gè)74LS590芯片發(fā)揮作用,即計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)大于256小于65535時(shí)兩個(gè)74LS590芯片分別進(jìn)行高八位、低八位計(jì)數(shù)。數(shù)據(jù)鎖存器電路由74LS157芯片組成。它的任務(wù)是對輸

4、入的信號進(jìn)行鎖存,而后將信號直接輸入到單片機(jī)電路。計(jì)數(shù)測量部分實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)分頻的作用,即擴(kuò)大頻率的計(jì)數(shù)范圍,以確保當(dāng)輸入脈沖的頻率過高時(shí)同樣順利完成計(jì)數(shù)74LS157芯片3組成。它的任務(wù)是對輸入的信號進(jìn)行鎖存,而后將信號直接輸入到單片機(jī)電路。計(jì)數(shù)測量部分實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)分頻的作用,即擴(kuò)大頻率的計(jì)數(shù)范圍,以確保當(dāng)輸入脈沖的頻率過高時(shí)同樣順利完成計(jì)數(shù)。三、 單片機(jī)部分采用了AT89C52單片機(jī),AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含8k byte的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052

5、產(chǎn)品引角兼容,片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元 四、外部數(shù)據(jù)讀寫電路數(shù)據(jù)顯示電路由限流電路和七段數(shù)碼管組成,采用的器件是74LS374芯片和LED顯示器。74LS374芯片的主要作用是顯示前的電流驅(qū)動,因?yàn)閿?shù)碼管顯示所需電流比較小,而從8D上升沿觸發(fā)器輸出的電流比較大,所以需要加個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮柽M(jìn)行限流。LED顯示器的結(jié)構(gòu)由發(fā)光二極管構(gòu)成a、b、c、d、e、f和g七段,并由此得名6。在設(shè)計(jì)中采用了五個(gè)七段數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示,將五個(gè)數(shù)碼管串接起來進(jìn)行顯示,顯示數(shù)據(jù)即是對頻率計(jì)的測量結(jié)果。 五、軟件設(shè)計(jì)流程圖。在設(shè)計(jì)中軟件流程如圖2所示。為使圖2所示流程能順利地完成預(yù)期的功能,在初始化部分

6、,計(jì)數(shù)部分,4byte法部分,數(shù)據(jù)顯示部分都分別設(shè)計(jì)了流程圖。完成信號的周期測量后,需要做一次倒數(shù)運(yùn)算才能獲得信號的，待測信號計(jì)數(shù)器、電路數(shù)據(jù)鎖存器AT89C52單片機(jī)有效位判斷?74LS138譯碼器數(shù)據(jù)顯示電路YES NO停止譯碼頻率。為提高運(yùn)算精度,這里采用4byte定點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算,需要自行編寫4byte出發(fā)指令,即組成4byte除法部分。 圖2.軟件設(shè)計(jì)框圖 六、Kell仿真結(jié)果本次設(shè)計(jì)使用Proteus軟件搭建仿真電路,用Kell軟件進(jìn)行了軟硬聯(lián)調(diào)。經(jīng)過Kell軟件調(diào)試,在沒有差錯(cuò)的情況下,生成HEX文件,此時(shí)源程序和HEX文件應(yīng)保存在同一目錄下,否則仿真會出錯(cuò)。然后把原理圖的Sours

7、e目錄加上源程序,雙擊T89C52芯片,并在目錄上加上HEX文件,這時(shí)已經(jīng)把生成好的文件燒在了芯片中,注意每打一次原理圖進(jìn)行仿真時(shí),必須重新設(shè)置Sourse文件和HEX。按照以上步驟將仿真軟件調(diào)整好之后就可以將脈沖頻率設(shè)置好輸入到仿真軟件內(nèi),得到最后的仿真結(jié)果。從圖2仿真結(jié)果中可以看出,兩個(gè)脈沖頻率不同的輸入信號通過分頻計(jì)數(shù),較為成功的在數(shù)碼管上顯示出來。雖然有一定的誤差,但與其他方法相比,它所需要的外圍器件較少,適用于嵌入式系統(tǒng),得到的頻率計(jì)領(lǐng)域較寬,精度較高,是一種較為成功的設(shè)計(jì)方案。 七、結(jié)束語通過運(yùn)用單片機(jī),Proteus仿真軟件以及Kell仿真軟件的相關(guān)知識,成功地實(shí)現(xiàn)了數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。數(shù)字頻率計(jì)是一種基本的測量儀器,是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器,如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?可以對多種物理量進(jìn)行測試,因此,它被廣泛應(yīng)用于航天、電子、測控等領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,它將被更廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中去。 參考資料1郝建國,劉立新,黨建華.基于單片機(jī)的頻率計(jì)設(shè)計(jì).西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)2003年8月 2李華等編著.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版1995年 3何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,19