基于ARM頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、 電控學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 課程名稱： ARM嵌入式系統(tǒng) 題 目： ARM為核心的頻率計(jì) 院 （系）： 電氣與控制工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 測(cè)控技術(shù)與儀器1002 姓 名： 孟 慶 峰 學(xué) 號(hào)： 1006070233 指導(dǎo)教師： 李紅巖 黃夢(mèng)濤 2013年 12月 27日西安科技大學(xué)電控學(xué)院課程設(shè)計(jì) 目錄基于LPC2131的頻率計(jì)1一 概述11.1課題設(shè)計(jì)的背景11.2課題研究的目的和意義11.3 ARM開發(fā)板(簡(jiǎn)介)21.4 LPC2131微控制器31.4.1 簡(jiǎn)介31.4.2 主要性能3二 方案設(shè)計(jì)4三 硬件設(shè)計(jì)43.1 硬件設(shè)計(jì)原理圖及其介紹43.2 軟件仿真圖53.4 軟件設(shè)計(jì)6四 附件程

2、序清單7結(jié)論心得體會(huì)11第 12 頁西安科技大學(xué)電控學(xué)院課程設(shè)計(jì) 基于LPC2131的頻率計(jì)一 概述1.1課題設(shè)計(jì)的背景數(shù)字頻率計(jì)1(DFM)是電子測(cè)量與儀表技術(shù)最基礎(chǔ)的電子儀表類別之一, 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器，而且它是數(shù)字電壓表(DVM)必不可少的部件。當(dāng)今數(shù)字頻率計(jì)不僅是作為電壓表、計(jì)算機(jī)、天線電廣播通訊設(shè)備、工藝過程自動(dòng)化裝置。多種儀表儀器與家庭電器等許多電子產(chǎn)品中的數(shù)據(jù)信息輸出顯示器反映到人們眼簾。集成數(shù)字頻率計(jì)由于所用元件少、投資少,體積小,功耗低,且可靠性高,功能強(qiáng),易于設(shè)計(jì)和研發(fā),使得它具有技術(shù)上的實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性。不論從我們

3、用的彩色電視機(jī)、電冰箱，DVD，還有我們現(xiàn)在家庭常用到的數(shù)字電壓表數(shù)字萬用表等等都包含有頻率計(jì)?，F(xiàn)在頻率計(jì)已是向數(shù)字智能方向發(fā)展，即可以很精確的讀數(shù)也精巧易于控制。數(shù)字頻率計(jì)已是現(xiàn)在頻率計(jì)發(fā)展的方向,它不僅可以很方便的讀數(shù),而且還可以使頻率的測(cè)量范圍和測(cè)量準(zhǔn)確度上都比模擬先進(jìn).而且頻率計(jì)的使用已是很多的方面,數(shù)字衛(wèi)星、數(shù)字通訊等高科技的領(lǐng)域都有應(yīng)用，今天數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展已經(jīng)不僅僅是一個(gè)小電子產(chǎn)品的發(fā)展也是整個(gè)民族乃至整個(gè)國家的發(fā)展，所以頻率計(jì)的發(fā)展是一個(gè)整體的趨勢(shì)。而從民族產(chǎn)業(yè)上來說，我們?cè)谶@種產(chǎn)業(yè)中還落后于西方發(fā)達(dá)國家，這將會(huì)關(guān)系到民族產(chǎn)業(yè)的興衰。所以我們必須很重視當(dāng)前的情況，學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家的

4、先進(jìn)技術(shù)以發(fā)展本國的產(chǎn)業(yè)。1.2課題研究的目的和意義數(shù)字頻率計(jì)1是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。隨著人們文化生活水平的提高，加上現(xiàn)在中國國力的上升，人民在不斷的追求高質(zhì)量生活的同時(shí)大都在密切的關(guān)注著我們的民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景。而頻率計(jì)的發(fā)展雖是一個(gè)極小部分但也可以反映出我國民族產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。我國在很多的方面都已不在是過去那個(gè)很貧窮落后的國家，但是關(guān)系著我們國計(jì)民生的民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展卻是不盡人意，不能不成為今天令人注目的焦點(diǎn)。通過本次課程設(shè)計(jì)，運(yùn)用已學(xué)的課程知識(shí)，根據(jù)題目要求進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試，對(duì)ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程6課程中涉及的芯片結(jié)構(gòu)、控制原理、硬件和

5、編程方面有一定的感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐操作能力，從而加深對(duì)本課程知識(shí)點(diǎn)的理解，使自身應(yīng)用只是能力、設(shè)計(jì)能力、調(diào)試能力以及報(bào)告撰寫能力等方面有顯著的提高。此次課程設(shè)計(jì)是用ARM的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，外部擴(kuò)展6位LED數(shù)碼管，求累計(jì)每秒進(jìn)入ARM的外部脈沖個(gè)數(shù)，用LED數(shù)碼管顯示出來?；蛴蒙衔粰C(jī)顯示。1.3 ARM開發(fā)板(簡(jiǎn)介)ARM 公司是專門從事基于RISC 技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計(jì)的ARM 微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己?/p>

6、ARM 微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM 公司的授權(quán)，因此既使得ARM 技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。ARM架構(gòu)包含了以下精簡(jiǎn)指令集處理器的特性： 讀取儲(chǔ)存 架構(gòu) 不支援地址不對(duì)齊內(nèi)存存?。ˋRMv6內(nèi)核現(xiàn)已支援） 正交指令集（任意存取指令可以任意的尋址方式存取數(shù)據(jù)Orthogonal instruction set） 大量的16 32-bit 寄存器陣列（register file） 固定的32 bits 操作碼（opcode）長(zhǎng)度，降低編碼數(shù)量所產(chǎn)生的耗費(fèi)，減輕解碼和流

7、水線化的負(fù)擔(dān)。 大多均為一個(gè)CPU周期執(zhí)行。為了補(bǔ)強(qiáng)這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式，相較于同時(shí)期的處理器如Intel 80286和Motorola 68020，還多加了一些特殊設(shè)計(jì)： 大部分指令可以條件式地執(zhí)行，降低在分支時(shí)產(chǎn)生的負(fù)重，彌補(bǔ)分支預(yù)測(cè)器（branch predictor）的不足。 算數(shù)指令只會(huì)在要求時(shí)更改條件編碼（condition code） 32-bit筒型位移器（barrel shifter）可用來執(zhí)行大部分的算數(shù)指令和尋址計(jì)算而不會(huì)損失效能 強(qiáng)大的索引尋址模式（addressing mode） 精簡(jiǎn)但快速的雙優(yōu)先級(jí)中斷子系統(tǒng)，具有可切換的暫存器組1.4 LPC2131微控制器 1.4

8、.1 簡(jiǎn)介L(zhǎng)PC2131 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32 位ARM7TDMI-STM CPU，并帶有32kB、64kB 和512kB 嵌入的高速Flash 存儲(chǔ)器。128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16 位Thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。較小的封裝和很低的功耗使 LPC2103 特別適用于訪問控制和POS 機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB 的片內(nèi)SRAM，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件modem、語音識(shí)別、低端成像，為這些應(yīng)用提供

9、大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。多個(gè)32 位定時(shí)器、1個(gè)或2 個(gè)10 位8 路的ADC、10 位DAC、PWM 通道、47 個(gè)GPIO 以及多達(dá)9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。1.4.2 主要性能a、 8/16/32kB 的片內(nèi)靜態(tài)RAM 和32/64/512kB 的片內(nèi)Flash 程序存儲(chǔ)器。128 位寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高達(dá)60 MHz 工作頻率。b、 1 個(gè)（LPC2131）或2 個(gè)（LPC2138）8 路10 位的A/D 轉(zhuǎn)換器，共提供16 路模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44us。c、 1 個(gè)10 位的D/A 轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸

10、出。（僅適用于LPC2132/2138）d、 2 個(gè)32 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（帶4 路捕獲和4 路比較通道）、PWM 單元（6 路輸出）和看門狗。e、多個(gè)串行接口，包括2 個(gè)16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UART、2 個(gè)高速I2C 接口（400 kbit/s）、SPITM 等。二 方案設(shè)計(jì)方案1：通過板內(nèi)的1個(gè)定時(shí)器，完成發(fā)射頻率與頻率計(jì)數(shù)。板內(nèi)自帶的定時(shí)器向另一個(gè)定時(shí)器發(fā)送方波頻率，由另一個(gè)定時(shí)器接受并進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過串口向計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)由上位機(jī)EasyARM顯示頻率。方案2：由外部頻率發(fā)射器傳送出頻率后經(jīng)LPC2131定時(shí)器對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)。然后由液晶屏1602對(duì)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示。最后利用開發(fā)板內(nèi)自帶的

11、按鍵控制頻率并對(duì)頻率進(jìn)行中斷或刷新。因?yàn)榉桨?節(jié)省資源，并且板內(nèi)自帶的定時(shí)器可以提供更方便快捷的程序更改頻率，調(diào)試也可只對(duì)用程序進(jìn)行修改。綜上所述，我們決定使用方案1。方案1 報(bào)告可以節(jié)省資源外，編譯的程序上也帶給我們一定有利之處，例如在程序出錯(cuò)的時(shí)候我們判斷錯(cuò)誤的來源也可以從少量的器件中一一排除，方案2外接的頻率發(fā)射機(jī)不僅要昂貴的經(jīng)濟(jì)消耗以外，所帶給我們的程序編譯上也沒有較好快捷的方法進(jìn)行修改。三 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)原理圖及其介紹LPC2131待測(cè)信號(hào)發(fā)生模塊定時(shí)器上位機(jī)顯示結(jié)果圖3.1 原理框圖由上圖知，一個(gè)被測(cè)信號(hào)進(jìn)入ARM開發(fā)板，然后經(jīng)過1S的定時(shí)捕獲得出頻率值，再經(jīng)由上位機(jī)顯示

12、出數(shù)值。3.2 軟件仿真圖圖3.2 軟件仿真圖3.4 軟件設(shè)計(jì)開 始初始化定時(shí)器0初始化串口0向串口發(fā)數(shù)據(jù)定時(shí)器1S定時(shí)獲取脈沖1S時(shí)間到關(guān)閉定時(shí)器0顯示結(jié)果NY。圖3.3 程序流程圖通過波形發(fā)生器產(chǎn)生的方波輸入，定時(shí)器T0進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過上位機(jī)顯示T0計(jì)數(shù)值。四 附件程序清單程序清單：/*Copyright (c)* Guangzou ZLG-MCU Development Co.,LTD.* graduate school* *-File Info-* File name:main.c* Last modified Date: 2004-09-16* Last Version:1.0* De

13、scriptions:The main() function example template*-* Created by:Chenmingji* Created date:2004-09-16* Version:1.0* Descriptions:The original version*-* Modified by:* Modified date:* Version:* Descriptions:*/#include config.h int main (void)/ add user source code return 0;/* End Of File*/* 文 件 名：lihui.c

14、* 功 能：累計(jì)每秒進(jìn)入ARM的外部脈沖個(gè)數(shù)，用用上位機(jī)顯示。*/#include config.h#define UART_BPS115200/ 定義通訊波特率 uint8 Cout; uint32 PinStat;/* 名 稱：Time0Init()* 功 能：初始化定時(shí)器0，定時(shí)時(shí)間為1S。 */void Time0Init(void) /* Fcclk = Fosc*4 = 11.0592MHz*4 = 44.2368MHz Fpclk = Fcclk/4 = 44.2368MHz/4 = 11.0592MHz*/ T0PR = 99; / 設(shè)置定時(shí)器0,分頻為100分頻，得11059

15、2HzT0MCR = 0x03; / 匹配通道0匹配中斷并復(fù)位T0TCT0MR0 = 110592; / 比較值(1S定時(shí)值)T0TCR = 0x03; / 啟動(dòng)并復(fù)位T0TC T0TCR = 0x01; /啟動(dòng)定時(shí)器0/* 名 稱：DelayNS()* 功 能：長(zhǎng)軟件延時(shí)* 入口參數(shù)：dly延時(shí)參數(shù)，值越大，延時(shí)越久*/void DelayNS(uint32 dly) uint32 i; for(; dly0; dly-) for(i=0; i5000; i+); /* 名 稱：UART0_Ini()* 功 能：初始化串口0。設(shè)置為8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)，波特率為115200*/

16、void UART0_Init(void) uint16 Fdiv; U0LCR = 0x83;/ DLAB = 1，可設(shè)置波特率 Fdiv = (Fpclk / 16) / UART_BPS;/ 設(shè)置波特率 U0DLM = Fdiv / 256; U0DLL = Fdiv % 256; U0LCR = 0x03;/* 名 稱：UART0_SendByte()* 功 能：向串口發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)，并等待發(fā)送完畢。* 入口參數(shù)：data要發(fā)送的數(shù)據(jù)*/void UART0_SendByte(uint8 data) U0THR = data; / 發(fā)送數(shù)據(jù) while( (U0LSR&0x40)=0 )

17、; / 等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢/* 名 稱：main()* 功 能：初始化I/O及定時(shí)器，然后不斷計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，取最終的脈沖個(gè)數(shù)并在向串口UART0發(fā)送最終頻率。 */int main(void) Cout=0;PINSEL0&=0xFFFFFFFC; / 設(shè)置引腳連接模塊，P0.0為GPIO IO0DIR &=0xFFFFFFFE; /設(shè)置P0.0口方向，設(shè)置為輸入 PinStat= IO0PIN; /從IO0PIN讀取引腳狀態(tài) Time0Init();/ 初始化定時(shí)器0 while(1) while( (T0IR&0x01) = 0 ); / 等待定時(shí)時(shí)間到 T0IR = 0x

18、01;/ 清除中斷標(biāo)志 if(IO0PIN&0x01=0) /等待引腳電平變高 Cout+; else Cout=Cout; PINSEL0 = 0x00000005; / 設(shè)置I/O連接到UART0 UART0_Init(); while(1) UART0_SendByte(Cout); DelayNS(10); return(0);結(jié)論心得體會(huì)這次的課程設(shè)計(jì)是基于LPC2131的頻率計(jì)，實(shí)現(xiàn)的主要功能用ARM的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，外部擴(kuò)展6位LED數(shù)碼管，求累計(jì)每秒進(jìn)入ARM的外部脈沖個(gè)數(shù)，用LED數(shù)碼管顯示出來?；蛴蒙衔粰C(jī)顯示。在做數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)時(shí)，開始是遇到不少的問題，比如我們想如此微弱的信號(hào)是怎樣被數(shù)字頻率計(jì)檢測(cè)的呢，頻率計(jì)到底是什么設(shè)計(jì)原理呢，畢竟還沒有接觸過實(shí)際設(shè)計(jì)和開發(fā)，所以在考慮問題的時(shí)候往往是不全面的，也就是說這次設(shè)計(jì)還有不少的方面沒有考慮周全，也一定存在著這樣那樣的問題。經(jīng)過這一個(gè)星期的實(shí)習(xí)，過程曲折真是一語難盡。從開始時(shí)充滿激情，到最后差點(diǎn)有點(diǎn)想放棄的沖動(dòng)，這之間的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長(zhǎng)。特別是在設(shè)計(jì)程序的過程中，我明白到做一個(gè)好程序的不易，做一個(gè)好的編程者就更加艱難，突然就很佩服那些編程者