_基于Proteus软件的单片机频率测量系统设计

内容需要下载文档才能查看

基于Ｐｒｏｔｅｕｓ软件的单片机频率测量系统设计

ＤｅｓｉｇｎｏｆＳＣＭＦｒｅｑｕｅｎｃｙ－ＭｅａｓｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＰｒｏｔｅｕｓ

吴新淮

WuXinhuai

（淮安技师学院，江苏淮安223001）

（HuaianTechnicianCollege，JiangsuHuaian223001）

摘要：单片机系统的应用在日常生活中已经非常普遍，在单片机系统的具体设计中，如果因为方案有

误而进行相应的开发设计，会浪费较多的时间和经费，而Proteus仿真软件可以很好的解决这些问题，其利用单片机的定时/计数器可以非常方便地进行信号的频率测量。本文主要利用ProteusISIS进行单片机系统的仿真，并以此设计一个频率测量系统。

关键词：Proteus；单片机；频率测量中图分类号：TP391文献标识码：A

文章编号：1671-4792（2014）09-0054-04

Ａｂｓｔｒａｃｔ：TheSCMsystemiscommonlyusedinourdailylives.WhendesigninganSCMsystem,wemaywastealotbecauseofafaileddesign.ThesimulationsoftwareofProteuscansoundlysolvetheseproblems,byus-ingtheTimerandCounterofSCMtomeasurethefrequencyofsignals.ThispapermainlyusesthestimulationofSCMsystembasedonProteusISIStodesignafrequency-measuringsystem.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Proteus；SCM；Frequency-Measuring０引言

目前，单片机已经渗透到我们生活的很多领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的应用。单片机数字电路，单片的内容比较抽象，相对于模拟电路、机的开发和调试更为复杂，需要更多的调试设备，但）辅助单片这些设备价格不菲，采用仿真软件（EDA机教学可以解决上述问题。同时，该软件还有速度快、程序或实验电路修改后只需重新编译马上可以看到结果等优点。毫无疑问，使用仿真软件Proteus进行系统虚拟开发成功后，必然可以提高开发效率。１Ｐｒｏｔｅｕｓ介绍［１］

1.1Proteus简介

Proteus是英国LabCenterElectronics公司开发

的电路分析与单片机仿真软件，它运行于Windows操作系统上。该软件可以仿真和分析各种模拟器件和集成电路，也能仿真单片机和它的外围电路的工作。安装后的Proteus由Ares和ISIS两个程序组成，Ares用于PCB自动或人工布线及电路仿真，I-SIS则采用绘制原理图的方法设计电路并进行相应的仿真。Proteus是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台，是目前唯一能够对各种调试与测试的EDA工具，真处理器进行实时仿真、

正实现了在没有硬件电路时也可以对系统进行调测试与验证。Proteus软件包大大提高了产品的试、

开发效率，降低了开发风险，在教学、科研、开发等众多领域得到了广泛的应用。

作为一款EDA仿真软件，Proteus与同类软件有着许多的相似之处，相比之下可以发现其主要特点如下[2]：

（1）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS-232动态仿真、键盘和LCD系统仿真以及调试器、SPI调试器的功能；有各种虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。

（2）支持主流单片机系统的仿真，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用的微处理器，并且有丰富的元件库支持。

（3）提供软件调试功能。在仿真过程中具有全速、单步、设置断点等调试功能，调试时可以观察各寄存器等的当前状态。个变量、

（4）具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。

系统仿真过程中，为尽快排查系统的软硬件错误，最直接而有效的方法是进行Proteus与Keil联合仿真[3]。

1.2Proteus的工作过程

运行Proteus的ISIS程序后，进入仿真软件的主界面。工作前，要设置VIEW菜单下的捕捉对齐和System下的颜色、图形界面大小等项目。通过工作栏中的P命令，在pickdevices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，编写程序；在source菜单的De-finecodegenerationtools命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名的项目；在source菜单的Add/re-movesourcefiles命令下，加入单片机硬件电路的对应程序；通过debug菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。

Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总执行效果，一种是对软件的分部调试以看具体的执行情况。

对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug菜单下的execute菜单项或F12快捷键启动执行，用debug菜单下的pauseanimation菜单项或pause键暂停系统的运行。

对于软件的分部调试，应先执行debug菜单下的start/restartdebugging菜单项命令，此时可以选择stepover、stepinto和stepout命令执行程序，执行的效果是单句执行、进入子程序执行和跳出子程序执行。在执行了start/restartdebugging命令后，在de-bug菜单的下面会出现仿真中所涉及到的软件列表和单片机的系统资源等，可供调剂时分析和查看。２单片机频率测量原理

2.1信号预处理

单片机是数字信号处理工具，输入单片机的信号必需是离散的数字信号或者是脉冲信号。因此，检测来的正弦信号必需经过预处理变为单片机能接受计算工作量较少的信号。首先将的，且是采集简便、信号通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移信号，同时要进行线性放大，使之变为波形正规幅值适当的正弦信号，然后经过零比较器变为方波信号进入单片机。

2.2一般数字式频率计的原理

频率指周期性信号在单位时间内变化的次数。在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中，脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间脉冲信号由时间基准

基

于Ｐｒｏｔｅｕｓ软件的单片机频率测量系统设计

内容需要下载文档才能查看

信号发生器提供，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数，被测频率fx=NHz。

2.3频率测量法

将单片机内的两个定时计数器分别定义：T0为计数器，T1为定时器，均采用方式1，该方式控制字TMOD为0x51。如果单片机晶振频率采用1.2MHz，则其机器周期为Ts=10μs，16位定时器的最长定时时间只可为655.36ms，现将定时器T1内部定时设为500ms，则其定时器初值可设为：TH1=（65536－5000）/256；TL1=（65536－5000）%256；计数器T0对信号脉冲计数，其初始值清为0x00。

当定时器开始定时计数的同时，打开计数器T0

对外部脉冲计数；当T1=500ms发生溢出时，响应中断，关计数器T0。T0的计数值N即对应于被测量信fx=2N，系数2是由于定时500ms的缘故。号的频率：

从计数器的计数范围看，采用500ms定时器计数可达FFFFH=65535，即可测131070Hz，但是，对外部脉冲计数，确认一个脉冲跳变，单片机至少要用2个机器周期，这样就限制了被测信号的频率上限大约是50KHz（单片机晶振为1.2MHz）。３单片机频率测量系统硬件电路搭建

3.1LED动态扫描显示原理

LED有段码和位码之分，段码是让LED显示“8.”的八位数据，一般情况下要通过一个译码电出

路，将输入的4位2进制数转换为与LED显示对应对于的8位段码。位码也就是LED的显示使能端，共阳级的LED而言，高电平使能。要让8个LED同

时工作，显示数据，就是要不停的循环扫描每一个LED，并在使能每一个LED的同时，输入所需显示的数据对应的8位段码。虽然8个LED是依次显示，但是受视觉分辨率的影响，看到的现象是8个LED同时工作。

多个数码管动态扫描显示，是将所有数码管的相同段并联在一起，通过选通信号分时控制各个数码管的公共端，循环点亮多个数码管，并利用人眼的视觉暂留象，只要扫描的频率大于50Hz，将看不到闪烁现象。

3.2电路搭建

单片机、74LS254芯片、LED数码管等组合是单片机频率测量系统最基本的元件，在开发实际的单片机频率测量系统时，“人机对话”部分主要靠这个系统来实现。在编写这部分程序时要进行频繁的测试，从而更改一些参数使系统达到良好的工作状态，常见的问题有：显示界面的布局、灵敏度参数等。有了下面介绍的Proteus仿真，这些测试和一些经验值的调整就可以不需要进行硬件测试，而只需要改动源程序中的一些函数调用，这个系统可以稍加改动轻松应用于其他各类系统的输入和输出部分，具有普遍的意义。系统的硬件电路如图一所示。４系统软件设计

频率测量系统软件设计采用模块化设计方法，定时器中断服务模块、信号周整个系统由初始模块、

期测量模块和LED显示模块。初始化模块是对初始T1和中断源的初始化。数码管定时器/计数器T0、

采用动态扫描显示的方式。定时器和计数器设计包括初始化设计和中断程序设计等。具体设计方法如图二所示。

内容需要下载文档才能查看 内容需要下载文档才能查看

技术，掌握单片机技术是产品开发的重要条件。Proteus在单片机应用产品研发中有着非常重要的作用，是产经济、可靠的单片机品研发的高效、

系统设计与仿真平台。基于Proteus的单片机虚拟开发环境有利于提高产品的开发效率；利用仿真系统，不但可以节约开发时间和开发成本，而且还具有很大的灵活性和可扩展性。相信随着越来越多的人对Proteus的了解和使用，它会对我们的学习、科研和工作带来越来越多的帮助。

基

于Ｐｒｏｔｅｕｓ软件的单片机频率测量系统设计

参考文献

图一单片机硬件连接图

[1]周润景，张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真

[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

北京航[2]周坚.PIC单片机轻松入门[M].北京：空航天大学出版社，2009.

谢斌.基于Proteus与Keil的单片机[3]伍冯洁，

2009，28（07）：实验教学改革[J].实验室研究与探索，125-127.

作者简介

图二系统程序设计框图

５结束语

单片机技术是现代电子工业中不可缺少的一项

吴新淮（1986—），男，汉族，江苏淮安人，本科，助理讲师，主要研究方向：自动化。