2019年10月15日 | ARM7 LPC2138数字频率计的设计源码与报告

1.1、设计原理

频率就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为f=N/T。其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为N个脉冲所产生的时间。计数器所记录的结果就是被测信号的频率计数法又称测频法，是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法，如果闸门打开的时间为T，计数器得到的计数值为N1，则被测频率为f=N1/T。改变时间T，则可改变测量频率范围。设在T期间，计数器的精确计数值应为N,根据计数器的计数特性可知，N1的绝对误差是N1=N+1,N1的相对误差为ΔN1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相对误差可知，N的数值愈大，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f以确定的条件下，为减少N的相对误差，可通过增大T的方法来降低测量误差。当T为某确定值时（通常取1s），则有f1=N1,而f=N，故有f1的相对误差：Δf1=(f1-f)/f=1/f 从上式可知f1的相对误差f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此测频法适合用于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。

1.2、方案选择

计时法又称为测周期法，测周期法使用被测信号来控制闸门的开闭，而将标准时基脉冲通过闸门加到计数器，闸门在外信号的一个周期内打开，这样计数器得到的计数值就是标准时基脉冲外信号的周期值，然后求周期值的倒数，就得到所测频率值。但由于用计时法所获得的信号周期数据，还需要求倒数运算才能得到信号频率，而求倒数运算用中小规模数字集成电路较难实现，因此，计时法不适合本实验要求。

计数法则适合于对较高频信号的测量。测频法的测量误差与信号频率成反比，信号频率越低，测量误差就越大，信号频率越高，其误差就越小。但用测频法所获得的测量数据，在闸门时间为一秒时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率。根据本设计要求的性能与技术指标，首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。因此，本实验所用的频率测量方法是测频法。

图1.1原理框图及其波形图

2.1原理图设计

图2.1 proteus电路图

2.2 程序设计

图2.2 程序流程图

3、仿真结果

利用proteus和Keil软件，将程序编译正确后，并且生成HEX文件，然后用protest仿真。修改发射频率，观察结果。

图3.1仿真结果

4、实物调试

4.1调试结果

当信号发射器输入的频率为2kHz方波时，LCD显示屏显示也为2k,发射频率为3kHz时，显示屏显示3k,由此可得，实物实现了功能，并且达到了相应的精度。

4.1实物调试

4.2调试中遇到的问题

由于我们需要将编译好的程序烧录进入我们的板子，所以当时不是很清楚烧录程序的用法，所以开始出现LCD没有任何显示，我们一直以为是板子和显示屏的问题，所以浪费了很多时间。后来在了解清楚程序的使用方法后，我们成功的烧录进去了程序，然后连接好我们之前焊接好的局部程序电路板，实行调试，取得了最后的成功。

5、设计总结

本次设计让我体会到设计程序，连接原理图，调试的苦与甜，设计是我们必须得技能，而这次实习恰恰给了我们一个很好的实际操作的机会，从图书馆找资料设计程序、连接原理图，在这个过程中我学到了很多新的知识，并且对keil和proteus的应用更加的娴熟，感受到了这些软件的强大功能，当调试成功的时候感觉很神奇，很不可思议，同时更加深了我对这些知识的印象。

在设计过程中，因为我们设置定时器为计数模式。所以最高计数频率为时钟频率（44.2368MHz）的1/4（11.0592MHz），但是我们又100分频了的，所以最终只能测得110kHz。由于显示器的问题，前面固定字符已经占了很多位，所以只能到9999Hz。

在设计过程中，不能急躁，设计和调试要一步一步来，这次在设计过程中，由于刚开始对LPC2138的管脚功能不熟，设计过程中老是混淆，经过查资料认真学习才辨别清楚，特别是程序修改的时候，一定不能马虎，一个字母不对都编译失败，在最后的调试过程中，因为仿真结果已经准确无误，所以调试不出结果让人特别心急，还耽搁了了时间，建议能多一些好的开发板，若不是因为开发板和显示器有问题，也许我们的进度能更快一些。

LPC2138源程序：

#include"LPC213x.h"

#define uint unsigned int

#define uchar  unsigned char

int g_sample_cnt;

#define RS              1<<5

#define RW              1<<6

#define EN               1<<7

#define KEY_MC    (1<<31)

#define KEY_RST    (1<<30)

#define KEY_NIGHT    (1<<29)

uchar num,i;

uchar  table1[]={"frequency:    hz      "};

uchar  table2[]={"                      "};

uint HZ[]={                   0x08,0x0F,0x12,0x0F,0x0A,0x1F,0x02,0x00,           0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x0F,0x09,0x11,0x00,              

0x0F,0x09,0x09,0x0F,0x09,0x09,0x0F,0x00};             

void DelayNs(uint NS)

{  uint i; 

   for(;NS>0;NS--)    

   for(i=0;i<500;i++);

}

void writecom(uint com)

{

  IO0CLR=RS;

  IO0PIN=(IO0PIN&0X00FF)+(com<<8);    

  DelayNs(1);

  IO0SET=EN;

  IO0CLR=EN;

}

void writedata( uint data)

{

  IO0SET=RS;

  IO0PIN=(IO0PIN&0X00FF)+(data<<8);     //P0=data;

  DelayNs(1);

  IO0SET=EN;

  IO0CLR=EN;

}

void init()

{

   PINSEL0=0X00000000;

   IO0DIR =0XFFFF;

IO0CLR=RW;

   IO0CLR=EN;

   writecom(0x38);

   writecom(0x0c);

   writecom(0x06);

   writecom(0x01);

}

int mile=0,premile=0;

int night=0;

int lowmode=0;

int price=0;

int lowmodefirsttime=0;

int price_low=0;

static int lowmodetime=0;

void __irq IRQ_Timr0(void)

{

              table1[10]=g_sample_cnt/1000%10+'0';              table1[11]=g_sample_cnt/100%10+'0';

table1[12]=g_sample_cnt/10%10+'0';

              table1[13]=g_sample_cnt%10+'0';

              writecom(0x80);

              for(num=0;num<21;num++)

              {

                            writedata(table1[num]);

                            DelayNs(1);

              }

              writecom(0x80+0x40);

              for(num=0;num<21;num++)

              {

                            writedata(table2[num]);

              }

    g_sample_cnt=0;

              T0IR = 0x01;    

              VICVectAddr = 0x00;  

}

/**********************************************************

void Timer0Init(void)

{

              //Fcclk = Fosc*4 = 11.0592MHz*4 = 44.2368MHz

              //Fpclk = Fcclk/4 = 44.2368MHz/4 = 11.0592MHz

              T0PR = 99;                                                  // 设置定时器0分频为100分频，得110592Hz

              T0MCR = 0x03;                                                           // 匹配通道0匹配中断并复位T0TC

              T0MR0 = 150350;                                              // 比较值(1S定时值)

              T0TCR = 0x03;                                                           // 启动并复位T0TC

              T0TCR = 0x01;

VICIntSelect = 0x00;  

              VICVectCntl0 = 0x20|4;

              VICVectAddr0 = (unsigned long)IRQ_Timr0;

              VICIntEnable = 1<<4;      

}

void main()

{

  init();

  writecom(0x80);

  DelayNs(100);

  Timer0Init();

  for(num=0;num<19;num++)

  {

                writedata(table1[num]);

              DelayNs(1);

  }

  //writecom(0x40);

// for(num=0;num<24;num++)

// {

//   writedata(HZ[num]);

// }

  writecom(0x80+0x40);

  for(num=0;num<19;num++)

  {

                writedata(table2[num]);

  }

                PINSEL1 &=0x00ffffff;

              //IODIR  =0xe83fffff;

              IO1DIR  |=0xff000000;

  //writedata(0x00);

  //writedata('4');

  //writedata(0x01);

  //writedata('2');

  //writedata('6');

  //writedata(0x02);

              IO1DIR&=~KEY_MC;

              IO1DIR&=~KEY_RST;

              IO1DIR&=~KEY_NIGHT;

              mile=325400;

              lowmodetime=lowmodefirsttime=price=premile=mile=0;

                while(1)

                {

                            #if 1 

                            if((IO1PIN&KEY_MC)==0)

                            {

                                          g_sample_cnt+=1;

                                          //DelayNs(1);

                                          while((IO1PIN&KEY_MC)==0);

                            }

                            #endif

                }

}