• 設計原理及方案選擇
  

1.1、設計原理

頻率就是周期性信號在單位時間（1s）內變化的次數。若在一定時間間隔T內測得這個周期性信號的重復變化次數為N，則其頻率可表示為f=N/T。其中f為被測信號的頻率，N為計數器所累計的脈沖個數，T為N個脈沖所產生的時間。計數器所記錄的結果就是被測信號的頻率計數法又稱測頻法，是將被測信號通過一個定時閘門加到計數器進行計數的方法，如果閘門打開的時間為T，計數器得到的計數值為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。設在T期間，計數器的精確計數值應為N,根據計數器的計數特性可知，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的數值愈大，相對誤差愈小，成反比關系。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成反比關系，即信號頻率越高，誤差越小；而信號頻率越低，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，而將標準時基脈沖通過閘門加到計數器，閘門在外信號的一個周期內打開，這樣計數器得到的計數值就是標準時基脈沖外信號的周期值，然后求周期值的倒數，就得到所測頻率值。但由于用計時法所獲得的信號周期數據，還需要求倒數運算才能得到信號頻率，而求倒數運算用中小規模數字集成電路較難實現，因此，計時法不適合本實驗要求。

計數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據，在閘門時間為一秒時，不需要進行任何換算，計數器所計數據就是信號頻率。根據本設計要求的性能與技術指標，首先需要確定能滿足這些指標的頻率測量方法。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原理圖設計

圖2.1 proteus電路圖

2.2 程序設計

圖2.2 程序流程圖

3、仿真結果

  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。修改發射頻率，觀察結果。

圖3.1仿真結果

4、實物調試

4.1調試結果

當信號發射器輸入的頻率為2kHz方波時，LCD顯示屏顯示也為2k,發射頻率為3kHz時，顯示屏顯示3k,由此可得，實物實現了功能，并且達到了相應的精度。

4.1實物調試

4.2調試中遇到的問題

由于我們需要將編譯好的程序燒錄進入我們的板子，所以當時不是很清楚燒錄程序的用法，所以開始出現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，實行調試，取得了最后的成功。

5、設計總結

本次設計讓我體會到設計程序，連接原理圖，調試的苦與甜，設計是我們必須得技能，而這次實習恰恰給了我們一個很好的實際操作的機會，從圖書館找資料設計程序、連接原理圖，在這個過程中我學到了很多新的知識，并且對keil和proteus的應用更加的嫻熟，感受到了這些軟件的強大功能，當調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。

在設計過程中，因為我們設置定時器為計數模式。所以最高計數頻率為時鐘頻率（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，前面固定字符已經占了很多位，所以只能到9999Hz。

在設計過程中，不能急躁，設計和調試要一步一步來，這次在設計過程中，由于剛開始對LPC2138的管腳功能不熟，設計過程中老是混淆，經過查資料認真學習才辨別清楚，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，在最后的調試過程中，因為仿真結果已經準確無誤，所以調試不出結果讓人特別心急，還耽擱了了時間，建議能多一些好的開發板，若不是因為開發板和顯示器有問題，也許我們的進度能更快一些。

簡易數字頻率計的設計.docx (498.7 KB, 下載次數: 55)

2018-10-31 15:43 上傳

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