摘要
在当代电子设备中运用中，经常要测量一个波形的频率，然后对其进行分析研究。为了测量频率，就要用到频率计。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。 数字频率计的设计包括时基电路、整形电路、控制电路和计数显示电路四部分组成。 由时基电路产生一标准时间信号控制阀门，调节时基电路中的电阻可产生需要的标准时间信号。信号输入整形电路中，经过整形，输出一方波，通过阀门后，计时器对其计数。当计数完毕，时基电路输出一个上升沿，使锁存器打开，计数器计数结果输入译码器，从而让显示器显示，达到测量频率的目的。
目录
设计原理及方案选择
1.1、设计原理
1.2、方案选择
程序设计及原理图
2.1、原理图设计
2.2、程序设计
3、仿真结果
4、实物调试
4.1、调试结果
4.2、调试中遇到的问题
5、设计小结
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
- }
-
- }
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简易数字频率计的设计.docx
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