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ARM7 LPC2138數(shù)字頻率計的設(shè)計源碼與報告

[復(fù)制鏈接]
ID:418561 發(fā)表于 2018-10-31 15:44 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
摘要
在當(dāng)代電子設(shè)備中運用中，經(jīng)常要測量一個波形的頻率，然后對其進行分析研究。為了測量頻率，就要用到頻率計。在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。 數(shù)字頻率計的設(shè)計包括時基電路、整形電路、控制電路和計數(shù)顯示電路四部分組成。 由時基電路產(chǎn)生一標(biāo)準(zhǔn)時間信號控制閥門，調(diào)節(jié)時基電路中的電阻可產(chǎn)生需要的標(biāo)準(zhǔn)時間信號。信號輸入整形電路中，經(jīng)過整形，輸出一方波，通過閥門后，計時器對其計數(shù)。當(dāng)計數(shù)完畢，時基電路輸出一個上升沿，使鎖存器打開，計數(shù)器計數(shù)結(jié)果輸入譯碼器，從而讓顯示器顯示，達到測量頻率的目的。
目錄
設(shè)計原理及方案選擇
1.1、設(shè)計原理
1.2、方案選擇
程序設(shè)計及原理圖
2.1、原理圖設(shè)計
2.2、程序設(shè)計
3、仿真結(jié)果
4、實物調(diào)試
  4.1、調(diào)試結(jié)果
4.2、調(diào)試中遇到的問題
5、設(shè)計小結(jié)
  • 設(shè)計原理及方案選擇

1.1、設(shè)計原理

頻率就是周期性信號在單位時間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為f=N/T。其中f為被測信號的頻率，N為計數(shù)器所累計的脈沖個數(shù)，T為N個脈沖所產(chǎn)生的時間。計數(shù)器所記錄的結(jié)果就是被測信號的頻率計數(shù)法又稱測頻法，是將被測信號通過一個定時閘門加到計數(shù)器進行計數(shù)的方法，如果閘門打開的時間為T，計數(shù)器得到的計數(shù)值為N1，則被測頻率為f=N1/T。改變時間T，則可改變測量頻率范圍。設(shè)在T期間，計數(shù)器的精確計數(shù)值應(yīng)為N,根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)特性可知，N1的絕對誤差是N1=N+1,N1的相對誤差為ΔN1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相對誤差可知，N的數(shù)值愈大，相對誤差愈小，成反比關(guān)系。因此，在f以確定的條件下，為減少N的相對誤差，可通過增大T的方法來降低測量誤差。當(dāng)T為某確定值時（通常取1s），則有f1=N1,而f=N，故有f1的相對誤差：Δf1=(f1-f)/f=1/f 從上式可知f1的相對誤差f成反比關(guān)系，即信號頻率越高，誤差越�。欢盘栴l率越低，則測量誤差越大。因此測頻法適合用于對高頻信號的測量，頻率越高，測量精度也越高。

1.2、方案選擇

計時法又稱為測周期法，測周期法使用被測信號來控制閘門的開閉，而將標(biāo)準(zhǔn)時基脈沖通過閘門加到計數(shù)器，閘門在外信號的一個周期內(nèi)打開，這樣計數(shù)器得到的計數(shù)值就是標(biāo)準(zhǔn)時基脈沖外信號的周期值，然后求周期值的倒數(shù)，就得到所測頻率值。但由于用計時法所獲得的信號周期數(shù)據(jù)，還需要求倒數(shù)運算才能得到信號頻率，而求倒數(shù)運算用中小規(guī)模數(shù)字集成電路較難實現(xiàn)，因此，計時法不適合本實驗要求。

計數(shù)法則適合于對較高頻信號的測量。測頻法的測量誤差與信號頻率成反比，信號頻率越低，測量誤差就越大，信號頻率越高，其誤差就越小。但用測頻法所獲得的測量數(shù)據(jù)，在閘門時間為一秒時，不需要進行任何換算，計數(shù)器所計數(shù)據(jù)就是信號頻率。根據(jù)本設(shè)計要求的性能與技術(shù)指標(biāo)，首先需要確定能滿足這些指標(biāo)的頻率測量方法。因此，本實驗所用的頻率測量方法是測頻法。


圖1.1原理框圖及其波形圖


2.1原理圖設(shè)計

圖2.1 proteus電路圖

2.2 程序設(shè)計

圖2.2 程序流程圖

3、仿真結(jié)果

  利用proteus和Keil軟件，將程序編譯正確后，并且生成HEX文件，然后用protest仿真。修改發(fā)射頻率，觀察結(jié)果。



圖3.1仿真結(jié)果

4、實物調(diào)試

4.1調(diào)試結(jié)果

當(dāng)信號發(fā)射器輸入的頻率為2kHz方波時，LCD顯示屏顯示也為2k,發(fā)射頻率為3kHz時，顯示屏顯示3k,由此可得，實物實現(xiàn)了功能，并且達到了相應(yīng)的精度。


4.1實物調(diào)試

4.2調(diào)試中遇到的問題

由于我們需要將編譯好的程序燒錄進入我們的板子，所以當(dāng)時不是很清楚燒錄程序的用法，所以開始出現(xiàn)LCD沒有任何顯示，我們一直以為是板子和顯示屏的問題，所以浪費了很多時間。后來在了解清楚程序的使用方法后，我們成功的燒錄進去了程序，然后連接好我們之前焊接好的局部程序電路板，實行調(diào)試，取得了最后的成功。


5、設(shè)計總結(jié)

本次設(shè)計讓我體會到設(shè)計程序，連接原理圖，調(diào)試的苦與甜，設(shè)計是我們必須得技能，而這次實習(xí)恰恰給了我們一個很好的實際操作的機會，從圖書館找資料設(shè)計程序、連接原理圖，在這個過程中我學(xué)到了很多新的知識，并且對keil和proteus的應(yīng)用更加的嫻熟，感受到了這些軟件的強大功能，當(dāng)調(diào)試成功的時候感覺很神奇，很不可思議，同時更加深了我對這些知識的印象。

在設(shè)計過程中，因為我們設(shè)置定時器為計數(shù)模式。所以最高計數(shù)頻率為時鐘頻率（44.2368MHz）的1/4（11.0592MHz），但是我們又100分頻了的，所以最終只能測得110kHz。由于顯示器的問題，前面固定字符已經(jīng)占了很多位，所以只能到9999Hz。

在設(shè)計過程中，不能急躁，設(shè)計和調(diào)試要一步一步來，這次在設(shè)計過程中，由于剛開始對LPC2138的管腳功能不熟，設(shè)計過程中老是混淆，經(jīng)過查資料認真學(xué)習(xí)才辨別清楚，特別是程序修改的時候，一定不能馬虎，一個字母不對都編譯失敗，在最后的調(diào)試過程中，因為仿真結(jié)果已經(jīng)準(zhǔn)確無誤，所以調(diào)試不出結(jié)果讓人特別心急，還耽擱了了時間，建議能多一些好的開發(fā)板，若不是因為開發(fā)板和顯示器有問題，也許我們的進度能更快一些。


LPC2138源程序：
  1. #include"LPC213x.h"
  2. #define uint unsigned int
  3. #define uchar  unsigned char
  4. int g_sample_cnt;
  5. #define RS              1<<5
  6. #define RW              1<<6
  7. #define EN               1<<7
  8. #define KEY_MC    (1<<31)
  9. #define KEY_RST    (1<<30)
  10. #define KEY_NIGHT    (1<<29)
  11. uchar num,i;
  12. uchar  table1[]={"frequency:    hz      "};
  13. uchar  table2[]={"                      "};
  14. uint HZ[]={                   0x08,0x0F,0x12,0x0F,0x0A,0x1F,0x02,0x00,           0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x11,0x00,              
  15. 0x0F,0x09,0x09,0x0F,0x09,0x09,0x0F,0x00};            
  16. void DelayNs(uint NS)
  17. {  uint i;
  18.    for(;NS>0;NS--)   
  19.    for(i=0;i<500;i++);
  20. }
  21. void writecom(uint com)
  22. {
  23.   IO0CLR=RS;
  24.   IO0PIN=(IO0PIN&0X00FF)+(com<<8);   
  25.   DelayNs(1);
  26.   IO0SET=EN;
  27.   IO0CLR=EN;
  28. }
  29. void writedata( uint data)
  30. {
  31.   IO0SET=RS;
  32.   IO0PIN=(IO0PIN&0X00FF)+(data<<8);     //P0=data;
  33.   DelayNs(1);
  34.   IO0SET=EN;
  35.   IO0CLR=EN;
  36. }
  37. void init()
  38. {
  39.    PINSEL0=0X00000000;
  40.    IO0DIR =0XFFFF;
  41. IO0CLR=RW;
  42.    IO0CLR=EN;
  43.    writecom(0x38);
  44.    writecom(0x0c);
  45.    writecom(0x06);
  46.    writecom(0x01);
  47. }
  48. int mile=0,premile=0;
  49. int night=0;
  50. int lowmode=0;
  51. int price=0;
  52. int lowmodefirsttime=0;
  53. int price_low=0;
  54. static int lowmodetime=0;
  55. void __irq IRQ_Timr0(void)
  56. {

  58.               table1[10]=g_sample_cnt/1000%10+'0';              table1[11]=g_sample_cnt/100%10+'0';
  59. table1[12]=g_sample_cnt/10%10+'0';
  60.               table1[13]=g_sample_cnt%10+'0';
  61.               writecom(0x80);
  62.               for(num=0;num<21;num++)
  63.               {
  64.                             writedata(table1[num]);
  65.                             DelayNs(1);
  66.               }
  67.               writecom(0x80+0x40);
  68.               for(num=0;num<21;num++)
  69.               {
  70.                             writedata(table2[num]);
  71.               }
  72.     g_sample_cnt=0;
  73.               T0IR = 0x01;   
  74.               VICVectAddr = 0x00;  
  75. }

  77. /**********************************************************
  78. void Timer0Init(void)
  79. {
  80.               //Fcclk = Fosc*4 = 11.0592MHz*4 = 44.2368MHz
  81.               //Fpclk = Fcclk/4 = 44.2368MHz/4 = 11.0592MHz
  82.               T0PR = 99;                                                  // 設(shè)置定時器0分頻為100分頻，得110592Hz
  83.               T0MCR = 0x03;                                                           // 匹配通道0匹配中斷并復(fù)位T0TC
  84.               T0MR0 = 150350;                                              // 比較值(1S定時值)
  85.               T0TCR = 0x03;                                                           // 啟動并復(fù)位T0TC
  86.               T0TCR = 0x01;
  87. VICIntSelect = 0x00;  
  88.               VICVectCntl0 = 0x20|4;
  89.               VICVectAddr0 = (unsigned long)IRQ_Timr0;
  90.               VICIntEnable = 1<<4;      
  91. }
  92. void main()
  93. {
  94.   init();
  95.   writecom(0x80);
  96.   DelayNs(100);
  97.   Timer0Init();
  98.   for(num=0;num<19;num++)
  99.   {
  100.                 writedata(table1[num]);
  101.               DelayNs(1);
  102.   }
  103.   //writecom(0x40);
  104. // for(num=0;num<24;num++)
  105. // {
  106. //   writedata(HZ[num]);
  107. // }
  108.   writecom(0x80+0x40);
  109.   for(num=0;num<19;num++)
  110.   {
  111.                 writedata(table2[num]);
  112.   }

  114.                 PINSEL1 &=0x00ffffff;
  115.               //IODIR  =0xe83fffff;
  116.               IO1DIR  |=0xff000000;
  117.   //writedata(0x00);
  118.   //writedata('4');
  119.   //writedata(0x01);
  120.   //writedata('2');
  121.   //writedata('6');
  122.   //writedata(0x02);
  123.               IO1DIR&=~KEY_MC;
  124.               IO1DIR&=~KEY_RST;
  125.               IO1DIR&=~KEY_NIGHT;
  126.               mile=325400;
  127.               lowmodetime=lowmodefirsttime=price=premile=mile=0;
  128.                 while(1)
  129.                 {
  130.                             #if 1
  131.                             if((IO1PIN&KEY_MC)==0)
  132.                             {
  133.                                           g_sample_cnt+=1;
  134.                                           //DelayNs(1);
  135.                                           while((IO1PIN&KEY_MC)==0);
  136.                             }
  137.                             #endif
  138.                 }

  140. }
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