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基于PROTEUS數(shù)字頻率計的設(shè)計
摘 要:該數(shù)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(jīng)閘門電路送入低位計數(shù)器的脈沖端開始計數(shù),利用時基信號的下降沿經(jīng)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(shù)器清零,達到了很好的效果,以此實現(xiàn)計數(shù)、清零、換擋的功能。并通過Proteus仿真軟件驗證了設(shè)計的正確性。
關(guān)鍵詞:數(shù)字頻率計74系列集成器件Proteus
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及工作原理
數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)據(jù)分配器去控制每一個小數(shù)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(jīng)反相器去控制鎖存信號,將數(shù)據(jù)讀出,再由時基信號的低電平去控制計數(shù)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(shù)碼管顯示出來。
2 系統(tǒng)功能仿真調(diào)試
應用Protues進行仿真,驗證所設(shè)計的電路能否將待測信號進行放大整形,能否實現(xiàn)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(diào)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(diào)試電路
調(diào)試電路如圖2所示。
2.1.3 調(diào)試結(jié)果
假設(shè)輸入正弦波的幅值為2v,其顯示結(jié)果為如圖3所示。
2.2 計頻電路
2.2.1 調(diào)試目的
調(diào)試該頻率計能否實現(xiàn)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(diào)試電路
頻率測試電路如圖4所示。
2.2.3 調(diào)試結(jié)果
1、待測信號的頻率設(shè)為888HZ,其四位數(shù)碼管的顯示結(jié)果如圖5所示。
2、待測信號頻率設(shè)為12.58KHZ,其四位數(shù)碼管的顯示結(jié)果如圖6所示。
3、待測信號頻率設(shè)為100KHZ,其四位數(shù)碼管的顯示結(jié)果如圖7所示。
4、待測信號頻率設(shè)為1050KHZ,其四位數(shù)碼管的顯示結(jié)果如圖8所示。
3 調(diào)試結(jié)果分析
3.1 調(diào)試電路已實現(xiàn)的功能
通過先分步調(diào)試后整體調(diào)試的方法,本設(shè)計已實現(xiàn)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(shù)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(diào)試中遇到的問題和此電路的不足
在調(diào)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(diào)試。剛開始電平出現(xiàn)了黃色和測量高頻率時測不出數(shù)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(shè)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(shù)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(xiàn),就只有用微控制器MCU來完成此類頻率計的設(shè)計了。
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