量程自動(dòng)轉換的12位十進(jìn)制等精度數字頻率計

2 數字頻率計測頻原理
數字式頻率計的基本原理：使用一個(gè)頻率穩定度高的頻率源作為基準時(shí)鐘，來(lái)對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算單位時(shí)間內待測信號的脈沖個(gè)數。單位時(shí)間可設置為大于或小于一秒。閘門(mén)時(shí)間越長(cháng)，頻率值越準確，但閘門(mén)時(shí)間越長(cháng)，每次測量頻率的間隔也就越長(cháng)。閘門(mén)時(shí)間越短，測量的頻率值刷新越快，但將影響到測量的頻率精度。每次測量時(shí),采用時(shí)基信號產(chǎn)生的閘門(mén)信號啟動(dòng)計數器來(lái)對輸入的脈沖信號計數：閘門(mén)信號結束則將計數結果送入鎖存器，然后計數器清零，準備下次計數。如被測波形不好，可通過(guò)施密特電路整形。

3 系統結構設計
按照系統功能，數字頻率計系統分為二分頻、測量／校驗選擇、計數器、送存選擇報警電路、鎖存器、掃描顯示等模塊，如圖1所示。1 Hz時(shí)鐘信號作為測頻電路的輸入參考信號,經(jīng)二分頻電路分頻后與測量／校驗選擇電路輸出的待測信號相比較，通過(guò)計數器電路在單位時(shí)間內計數脈沖數，時(shí)鐘下降沿結束計數：并將計數結果送至送存選擇報警電路,由送存選擇報警電路判斷，并完成對量程的選擇。若超限，則發(fā)出報警信號：最后再由鎖存器和顯示電路完成數據顯示。該系統整體設計的電路圖如圖2所示。

3．1 測量／校驗選擇模塊
測量／校驗選擇模塊采用二選一的選擇器實(shí)現。測量與校驗共用一電路，只是輸出信號CP1不同。其中各輸入信號：選擇信號sel、被測信號meas、測試信號test，而輸出信號為CP1。當sel=0時(shí)，為測量狀態(tài)，CPl=meas；當sel=1時(shí)，為校驗狀態(tài)，CPl=test。其仿真結果如圖3所示。

3．2 測頻控制信號發(fā)生器
測頻控制信號發(fā)生器采用分頻電路實(shí)現，采用1 Hz時(shí)鐘信號作為輸入信號。測頻控制信號發(fā)生器決定系統精度。本系統設計采用的二分頻電路，輸出占空比為50%，周期為2 s的方波。其仿真結果如圖4所示。相關(guān)設計程序代碼如下：

3．3 計數器模塊
計數器模塊對測頻控制信號發(fā)生器的輸出信號CP1進(jìn)行計數，1 s定時(shí)后，將計數器中的結果送入鎖存器鎖存，同時(shí)對計數器清零，為下一次采樣測量做好準備，通過(guò)對十進(jìn)制計數器例化實(shí)現。輸入信號：RD和CP用于計數開(kāi)始、清零、鎖存；輸出信號為Q4~Q1。圖5所示為計數器模塊的仿真結果。其相關(guān)程序代碼如下：

3．4 送存選擇報警模塊
送存選擇報警模塊是本系統設計的關(guān)鍵，該模塊提供兩個(gè)功能：根據被測信號選擇量程，若超出量程則報警,鎖存數據。仿真結果如圖6所示。

設置超出量程檔測量范圍示警信號alert。
(1)若被測信號頻率值小于1 kHz(K=0)
計數器只進(jìn)行三位十進(jìn)制計數，最大顯示值為999 Hz：數碼管顯示被測信號頻率值，1 Hz~999 Hz量程檔，Y顯示綠色；如果被測信號頻率值超出該范圍,告警信號驅動(dòng)燈光、揚聲器報警；
(2)若被測信號頻率值為1 kHz~10 kHz(K=1)
計數器進(jìn)行四位十進(jìn)制計數，取高3位顯示，最大顯示值為9．99 kHz，被測信號頻率值為數碼管顯示數值的1 000倍，1 kHz～10 kHz量程檔，Y顯示紅色。如果被測信號頻率值超出該范圍，則揚聲器報警。并給出相關(guān)程序代碼：

3．5 掃描顯示模塊
系統的掃描顯示模塊分為分時(shí)總線(xiàn)切換和顯示譯碼電路。分時(shí)總線(xiàn)切換用于顯示位的選擇,顯示譯碼用于顯示段的選擇。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示可使端口數目達到最少。
3．6 頂層設計
在頂層設計中對各模塊進(jìn)行例化，實(shí)現整個(gè)系統設計。

4 結束語(yǔ)
通過(guò)對仿真結果的分析，系統設計達到了最初的設計要求，并使用康芯公司GW48EDA PK2／CK試驗系統對系統設計軟件程序進(jìn)行驗證，同樣達到了設計要求。