ARM课程设计(频率计)

精品文档 I欢迎下载 第 I 页 电控学院电控学院 课程设计 论文 课程设计 论文 课程名称 ARM 嵌入式系统基础教程 题 目 ARM 为核心的频率计设计 院 系 电气与控制工程学院 专业班级 测控技术与仪器 1002 组 员 指导教师 2013 年 12 月 28 日 精品文档 II欢迎下载 第 II 页 ARM 为核心的频率计设计 摘要摘要 频率计又称为频率计数器 是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器 频率计最基本的工作原理为 当被测信号在特定时间段 T 内的周期个数为 N 时 则被测信号 的频率 f N T 本文以 ARM 为内核设计频率计 用 ARM 的定时器 计数器的定时和计数功能 检测外部方波频率 并用上位机显示 关键词 频率计 关键词 频率计 ARMARM 定时计数 定时计数 精品文档 III欢迎下载 第 III 页 目录 1 概述 1 1 1 本次设计任务 1 1 1 1 设计题目 1 1 1 2 设计要求 1 1 2 设计基本原理 2 2 方案设计 3 3 硬件设计 4 3 1 硬件设计原理图及其介绍 4 3 2 主要单元电路的设计 4 3 2 1 电源电路设计 4 3 2 2 时钟振荡电路设计 6 3 2 3 复位电路设计 6 3 2 4 串口电路 7 3 2 5 显示电路设计 8 3 3 硬件电路总体设计 11 4 软件设计 11 结论 12 心得体会 13 致谢 14 参考文献 15 附录 1 程序清单 16 精品文档 1欢迎下载 第 1 页 1 概述 数字频率计 DFM 是电子测量与仪表技术最基础的电子仪表类别之一 数字频率计是计 算机 通讯设备 音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器 而且它是数字电压表 DVM 必 不可少的部件 当今数字频率计不仅是作为电压表 计算机 天线电广播通讯设备 工艺过 程自动化装置 多种仪表仪器与家庭电器等许多电子产品中的数据信息输出显示器反映到人 们眼帘 集成数字频率计由于所用元件少 投资少 体积小 功耗低 且可靠性高 功能强 易 于设计和研发 使得它具有技术上的实用性和应用的广泛性 不论从我们用的彩色电视机 电冰箱 DVD 还有我们现在家庭常用到的数字电压表数字万用表等等都包含有频率计 现 在频率计已是向数字智能方向发展 即可以很精确的读数也精巧易于控制 数字频率计已是 现在频率计发展的方向 它不仅可以很方便的读数 而且还可以使频率的测量范围和测量准确 度上都比模拟先进 而且频率计的使用已是很多的方面 数字卫星 数字通讯等高科技的领域 都有应用 今天数字频率计的发展已经不仅仅是一个小电子产品的发展也是整个民族乃至整 个国家的发展 所以频率计的发展是一个整体的趋势 1 11 1 本次设计任务本次设计任务 1 1 11 1 1 设计题目设计题目 以 ARM 为核心设计频率计 1 1 21 1 2 设计要求设计要求 1 用 protel 画出最小系统及外围扩展电路 2 显示部分可用12864 或者数码管 最好用上位机 VB 界面 主要功能为 用ARM 的定时器 计数器的定时和计数功能 外部扩展6 位 LED 数码管 要求累计每秒进入ARM 的外部脉冲个数 用LED 数码管显示出来 或用 上位机显示 3 要求小组成员分工明确 答辩到位 精品文档 2欢迎下载 第 2 页 1 21 2 设计基本原理设计基本原理 所谓频率 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 fx N T 从原理图可知 被测 信号 Vx 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号 其频率与被测信号的频率 fx 相同 时基电路提供标准时间基准信号 具有固定宽度 T 的方波时基信号 II 作为闸门的一个输 入端 控制闸门的开放时间 被测信号 I 从闸门另一端输入 被测信号频率为 fx 闸门宽度 T 若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为 N 则被测信号频率 fx N THz 可见 闸门时 间 T 决定量程 通过闸门时基选择开关选择 选择 T 大一些 测量准确度就高一些 T 小一些 则测量准确度就低 根据被测频率选择闸门时间来控制量程 在整个电路中 时基电路是关键 闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确 逻辑控制电路的作用有两个 一 是产生锁存脉冲 使显示器上的数字稳定 二是产生清 0 脉冲 使计数器每次测量 从零开始计数 图 1 l 原理总体结构图 清零信号清零信号 锁存信号锁存信号 T N 整形放大电路 计 数 器 锁 存 器 译 码 器 逻 辑 控 制 电 路 显 示 器 时 基 电 路 闸 门 精品文档 3欢迎下载 第 3 页 2 方案设计 方案 1 由外部波形发生器传送出频率后经 LPC2200 定时器对频率进行计数 然后由上 位机对频率进行计数显示 方案 2 通过板内的 1 个定时器 完成发射频率与频率计数 板内自带的定时器向另一 个定时器发送方波频率 由另一个定时器接受并进行计数 外接液晶屏 1602 显示频率 并 且显示的程序可由板内的 2 个按键切换或进行中断 因为本次设计所提供的器件有波形发生器 使用方案 1 更有利于整体设计 且在软件设 计上更容易实现 故此次设计我们使用方案 1 精品文档 4欢迎下载 第 4 页 3 硬件设计 3 13 1 硬件设计原理图及其介绍硬件设计原理图及其介绍 LPC2200 待测信号 发生模块 定时器 计数器 上位机显示结果 图 3 1 原理框图 由上图知 被测脉冲信号进入 ARM 开发板 然后经过 1S 的定时捕获得出频率值 再经 由上位机显示出数值 3 23 2 主要单元电路的设计主要单元电路的设计 本次电路设计主要包括以下几个模块 电源电路设计 时钟电路设计 复位电路设计和 LCD 显示电路 3 2 13 2 1 电源电路设计电源电路设计 电源 晶振及复位电路是整个系统正常工作的基础 在进行电路设计时 首先保证其设 计的正确性和可靠性 其次在系统调试之前也应首先检查它们的工作是否正常 上电之前的 电路是否短路 电压输出是否正确 晶振输出是否正确 以及复位信号电平和持续时间是否 满足要求等 本系统中 5V 电压直接由外部电源引入 1 8V 及 3 3V 电压由电压转换器获得 精品文档 5欢迎下载 第 5 页 在此选用固定电压输出的 DC DC 转换器 ams1117 1 8 输出电压 1 8V 和 ams1117 3 3 输出电压 3 3V 图 3 2 电源电路 3 2 23 2 2 时钟振荡电路设计时钟振荡电路设计 图 3 3 时钟振荡电路 精品文档 6欢迎下载 第 6 页 3 2 33 2 3 复位电路设计复位电路设计 复位电路完成系统的上电复位和运行中的按键复位功能 本系统采用电压监控芯片 R3112 完成电路的复位设计 具体电路如图 8 3 所示 LPC2200 芯片复位端为低有效端子 R3112 芯片在加电后 其输出端 OUT 会在保持一定时间的低电平信号后变为高电平 低 电平信号存在时间的长短由 CD 端连接的电容决定 通过调节此电容可以满足系统对复位时 间的要求 另外 R3112 可以监控系统电压 在系统电压低于一定值时 输出低电平 复位整 个系统 从而保证了系统工作的可靠性 图 3 4 复位电路 3 2 43 2 4 串口电路串口电路 SP232E 器件是一个符合 RS 232 和 V 28 串行协议规格的收发器家族 带有增强 ESD 性 能 这些器件的 ESD 容限得到了改进 不论是人体放电模式还是 IEC1000 4 2 气隙放电 都 达到了 15kV SP232E 器件在引脚上兼容 Sipex 的 SP232A 器件 符合热门行业标准 与原 来的版本一样 在带负载情况下 SP232E 器件具有至少 120Kbps 的数据传输速率 0 1 F 的 精品文档 7欢迎下载 第 7 页 电荷 泵电容 以及适应商业应用的整体强度 同时 这些器件还具有 Sipex 的双极型 CMOS 设计 允许低功耗操作 而不影响性能 SP232E 系列可选塑料或陶瓷 DIP 和 SOIC 封装 覆 盖商业级 工业级和军工级温度范围 由于开发板是 3 3V 供电系统 需要使用电平转换芯 片 SP3232E 来进行 RS 232 电平转换 SP3232E 的工作电压为 3 3V 电平转换电路如图 25 所 示 当使用 ISP 在系统可编程集成开发环境 功能时 需要将 PC 机的串口与开发板的串 口相连 短接 JP6 端口 短接 P0 14 在系统复位时 进入 ISP 状态 同样 在程序仿真调 试中 若用到串口 UART0 则需要短接 JP6 两个端口 图 3 5UART0 3 2 53 2 5 显示电路设计显示电路设计 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性 通过电压对其显示区域进行控制 有电就有显 示 液晶显示器具有厚度薄 适用于大规模集成电路直接驱动 易于实现全彩色显示的特点 目前已被广泛应用在便携式电脑 数字摄像机 PDA 移动通信工具等众多领域 液晶显示的 分类方法有很多种 通常可按其显示方式分为段式 字符式 点阵式等 除了黑白显示外 液晶显示器还有多灰度有彩色显示等 在本次频率计设计当中 12864 液晶显示最后的频率计算结果 12864 液晶显示具有如下的特性 提供8 位 4 位并行接口及串行接口可选 精品文档 8欢迎下载 第 8 页 并行接口适配M6800 时序 自动电源启动复位功能 内部自建振荡源 64 16 位字符显示RAM DDRAM 最多16 字符 4 行 LCD 显示范围16 2 行 改为 半角输入 2M 位中文字型ROM CGROM 总共提供8192 个中文字型 16 16 点阵 16K 位半宽字型ROM HCGROM 总共提供126 个西文字型 16 8 点阵 64 16 位字符产生RAM CGRAM 15 16 位总共240 点的ICON RAM ICONRAM 液晶显示 12864 的引脚功能如表 3 1 所示 表 3 1 液晶显示 12864 的引脚功能 引脚 号 引脚名 称 方 向 功能说明 1VSS 模块的电池地 2VDD 模块的电源正端 3VO LCD 驱动电压输入端 4RS CS H L 并行的指令 数据选择信号 串行的片 选信号 5R W SID H L 并行的读写选择信号 串行的数据口 6E CLK H L 并行的使能信号 串行的同步时钟 7DB0H L 数据 0 8DB1H L 数据 1 9DB2H L 数据 2 10DB3H L 数据 3 11DB4H L 数据 4 12DB5H L 数据 5 13DB6H L 数据 6 精品文档 9欢迎下载 第 9 页 14DB7H L 数据 7 15PSBH L 并 串行接口选择 H 并行 L 串行 16NC 空脚 17RSTH L 复位 低电平有效 18NC 空脚 19LED A 背光电源正极 20LED K 背光电源负极 对 12864 写控制时 在使能信号 E 下降沿有效 在使能信号 E 下降沿后 为了保证数据 或指令可靠写入 需要在使能信号 E 下降沿后有一段延时 使 12864 完成内部动作 12864 的指令集分为基本指令集和扩充指令集 扩充指令集提供绘图功能 可以显示图片 在本设 计当中 仅需要基本指令集以显示汉字 数字和字母 表 3 2 给出 12864 的基本指令集 清 除显示指令将 DDRAM 填满 20H 并且设定 DDRAM 的地址计数器 AC 为 00H 地址归 位指令设定 DDRAM 的地址计数器 AC 为 00H 并且将游标移到开头原点位置 这个指令 并不改变 DDRAM 的内容 在显示状态开 关指令中 D 1 整体显示 ON C 1 游标 ON B 1 游标位置 ON 在功能设定指令中 DL 1 必须为 1 RE 1 扩充指令集动作 RE 0 基 本指令集动作 表 3 2 12864 的基本指令 指令码指令 RSRWDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0 设定 DDRAM 地址 001AC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0 些资料到 RAM 10D7D6D5D4D3D2D1D0 清楚显示 0000000001 地址归位 000000001X 精品文档 10欢迎下载 第 10 页 显示状态开 关 0000001DCB 游标或显示移位控 制 000001S CR LXX 功能设定 00001DLXREXX 3 33 3 硬件电路总体设计硬件电路总体设计 图 3 6 总体电路 精品文档 11欢迎下载 第 11 页 4 软件设计 由硬件电路和和设计原理 所谓频率 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 fx N T 因此 可以用计数器累计单位时间内的信号个数 然后经译码 显示输出测量结 果 发送给 12864 或上位机显示 开 始 初始化定时器 0 初始化串口 0 向串口发数据 定时器 1S 定时 获取脉冲 1S 时间到 关闭定时器 0 显示结果 N Y 4 1 程序流程图 精品文档 12欢迎下载 第 12 页 结论 此次实验题目为 ARM 为核心的频率计设计 主要完成从方波发生器接收脉冲信号 对 其进行上升沿捕获 计 1s 脉冲个数 通过串口 0 将最终频率数值显示在上位机上 读取显 示数值为最终计算频率 此次实验使我通过亲自动手操作 将课本 ARM 嵌入式系统基本教 程 上的理论知识应用于实践 充分发掘学生们的潜力 进一步掌握 ARM 相关知识 此外 实验中有一些问题存在 在实验室做设计时 没有有效地利用仪器设备进行设 计调试 希望以后能有所改进 精品文档 13欢迎下载 第 13 页 心得体会心得体会 软件调试 xxx 在设计的过程中 遇到许许多多错误 由于所测信号是方波信号 开始的程序设计是 每当 一个周期的高电平到来时计数器的值加一 定时一秒 再把计数 器的值发送给上位机显示 但高电平时一段持续高电平 不是脉冲信号 程序很难设计 在老师的帮助下应用定时捕获才最终把程序调试了出来 总之 这次课程设计锻炼了我的动 手实践能力 把课本上学到的理论知识与设计制作很好的结合起来 加深了我对很多知识的 理解 硬件设计 xxx 在做数字频率计的设计时 开始是遇到不少的问题 比如我们想如此微弱的信号是怎 样被数字频率计检测的呢 频率计到底是什么设计原理呢 毕竟还没有接触过实际设计和开 发 所以在考虑问题的时候往往是不全面的 也就是说这次设计还不少的方面没有考虑周全 也一定存在着这样那样的问题 这个电路的设计有很多的不足 我们的能力在很多方面也需 要提高 通过这次小小的考验让我们懂得第一次接触的东西也是能融会贯通的 态度决定一 切 致谢 通过一周的努力 我们的 ARM 毕设接近了尾声 此次我们选择了以 ARM 为核心的频率及 精品文档 14欢迎下载 第 14 页 设计 在本次课设与论文完成中 xxx 老师和 xxx 老师都给予了我们耐心的指导和无私的帮助 从选择题目到提纲撰写 再到流程进程 再到软硬件的设计以及各种调试 老师们多次指出我们设计存在的问题 并给与我们帮助 我们在此表示衷心感谢 参考文献 1 周立功 著 ARM嵌入式系统基本教程 第2版 北京航空航天大学出版社 2008年 精品文档 15欢迎下载 第 15 页 2 周立功 著 深入浅出ARM7 LPC213X 214X 北京航空航天大学出版社 2005年6月 3 百度文库资料 频率计设计 4 多媒体课件 第 6 章 接口技术与硬件设计 精品文档 16欢迎下载 第 16 页 附录 1 程序清单 文 件 名 pinlvji c 功 能 计外部脉冲个数 将频率数值通过串口发送到上位机进行显示 使 用串口调试助手的窗口显示频率值 说 明 使用外部晶振为 11 0592MHz 即 Fpclk 11 0592MHz 根据 CONFIG H 文件配置 通讯格式 8 位数据位 1 位停止位 无奇偶校验 通讯波特率 115200 include config h define UART BPS 115200 定义通讯波特率 define TIMER 5 define KEY 1 0 dly 精品文档 17欢迎下载 第 17 页 for j 0 j 5000 j 名 称 Time0Init 功 能 初始化定时器 0 定时时间为 1S 入口参数 无 出口参数 无 void Time0Init 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 0 x03 匹配通道 0 匹配中断并复位 T0TC T0MR0 110592 比较值 1S 定时值 T0TCR 0 x03 启动并复位 T0TC T0TCR 0 x01 名 称 UART0 Ini 功 能 初始化串口 0 设置为 8 位数据位 1 位停止位 无奇偶校验 波 特率为 115200 入口参数 无 精品文档 18欢迎下载 第 18 页 出口参数 无 void UART0 Init void uint16 Fdiv PINSEL0 PINSEL0 不影响其它管脚连接 设置 I O 连接到 UART0 U0LCR 0 x83 DLAB 1 可设置波特率 Fdiv Fpclk 16 UART BPS 设置波特率 U0DLM Fdiv 256 U0DLL Fdiv 256 U0LCR 0 x03 名 称 UART0 SendByte 功 能 向串口发送字节数据 并等待发送完毕 入口参数 data要发送的数据 出口参数 无 void UART0 SendByte uint8 data U0THR data 发送数据 while U0LSR 等待数据发送完毕 名 称 UART0 SendStr 精品文档 19欢迎下载 第 19 页 功 能 向串口发送一字符串 入口参数 srt要发送的字符串的指针 出口参数 无 void UART0SendStr char str while 1 if str 0 break UART0SendByte str 发送数据 函数名 itoa 描述 将整形数据转换成字符串 输入 radix 10 表示 10 进制 其他结果为 0 value 要转换的整形数 buf 转换后的字符串 radix 10 输出 无 返回 无 调用 被 USART1 printf 调用 精品文档 20欢迎下载 第 20 页 static char itoa int value char string int radix int i d int flag 0 char ptr string if radix 10 ptr 0 return string if value ptr 0 x30 ptr 0