基于PROTEUS数字频率计的设计

　　摘  要:该数字频率计主要由74系列集成电路组成,它除具有基本的计频功能外,还具有对信号进行放大整形、选择时基信号、自动清零、自动换挡等功能。将待测频率的信号加入到信号输入端,与时基信号经闸门电路送入低位计数器的脉冲端开始计数,利用时基信号的下降沿经反相器去控制锁存器74HC273,将信号锁存,并用时基信号的低电平去给计数器清零,达到了很好的效果,以此实现计数、清零、换挡的功能。并通过Proteus仿真软件验证了设计的正确性。
　　关键词:数字频率计74系列集成器件Proteus
　　1 系统结构框图及工作原理
　　数字频率计的结构框图如图1所示。工作原理:接通电源后,首先检测一下时钟源是否起振,然后将分频电路得到四种基频信号,待测信号通过放大整形后与时基电路一起送给闸门电路,从闸门电路出来的信号送入低位计数器开始计频,然后由最高位进位信号控制四种基频的选择,再由数据分配器去控制每一个小数点,从而简便的完成了换挡功能。在这里,我们用时基信号的下降沿经反相器去控制锁存信号,将数据读出,再由时基信号的低电平去控制计数器清零,进而保证了锁存是在清零之前,有效地完成两部工作。最后,由译码器将锁存的信号译码后,再由数码管显示出来。
　　2 系统功能仿真调试
　　应用Protues进行仿真,验证所设计的电路能否将待测信号进行放大整形,能否实现频率测量,能否自动换挡、自动清零,测量高频时有无较大的误差,信号能否起振等。
　　2.1 放大整形电路
　　2.1.1 调试目的
　　测试放大整形电路是否具有放大整形的能,整形出来的波形是否为较为标准的方波信号。
　　调试电路如图2所示。
　　2.1.3 调试结果
　　假设输入正弦波的幅值为2v,其显示结果为如图3所示。
　　2.2 计频电路
　　2.2.1 调试目的
　　调试该频率计能否实现自动换挡、自动清零以及能否测量出0-9.999MHZ的信号频率。
　　2.2.2 调试电路
　　频率测试电路如图4所示。
　　2.2.3 调试结果
　　1、待测信号的频率设为888HZ,其四位数码管的显示结果如图5所示。
　　2、待测信号频率设为12.58KHZ,其四位数码管的显示结果如图6所示。
　　3、待测信号频率设为100KHZ,其四位数码管的显示结果如图7所示。
　　4、待测信号频率设为1050KHZ,其四位数码管的显示结果如图8所示。
　　3 调试结果分析
　　3.1 调试电路已实现的功能
　　通过先分步调试后整体调试的方法,本设计已实现了测量范围从0-9.999MHZ的精确频率测量,并且能够自动换挡、自动清零。该数字频率计可主要用于测量正弦波、矩形波、三角波、尖脉冲等周期信号的频率值。
　　3.2 调试中遇到的问题和此电路的不足
　　在调试的过程中遇到的问题主要在于对逻辑控制电路和闸门电路的调试。刚开始电平出现了黄色和测量高频率时测不出数值的问题,即使测量出来了,也会等很久,而且计出来的值总是比所设的值大一,于是我就将两个锁存端直接连接,缩短了它的反应时间,再用与非门做闸门电路,很好的解决了以上问题,并且计数很精确,所花的时间也很少。该电路的不足之处就是在于如果频率要求更高,那么对元器件的要求就更高,用这一电路就很难实现,就只有用微控制器MCU来完成此类频率计的设计了。
　　[参考文献]
　　[2] 贾更新.电子技术基础实验设计与仿真[M].郑州:郑州大学出版社,2009.
　　[3] 朱清慧等.Proteus教程—电子线路设计、制版与仿真[M].北京:清华大学出版社,2008.
　　[4] 邹其洪等.电工电子实验与计算机仿真[M].北京:电子工业出版社,2003.