基于stm32的單片機的簡易數字頻率計設計

設計文檔： 簡易頻率測量系統設計報告.zip (549.07 KB, 售價: 1 E幣)

2025-5-5 12:14 上傳

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1.簡介：數字頻率計主要由四個部分組成：時基電路，整形電路，控制電路和顯示電路組成。在一個測量周期過程中，由時基電路產生一標準時間信號控制閥門，調節時基電路中的電阻可產生需要的標準時間信號。信號輸入整形電路中，經過整形，輸出一方波，通過閥門后，計時器對其計數。當計數完畢，時基電路輸出一個上升沿，使鎖存器打開，計數器計數結果輸入譯碼器，從而讓顯示器顯示，達到測量頻率的目的。文件包括設計電路圖，設計源代碼與設計報

2.目標：本設計主要完成以下目標：

  1.測量信號輸入幅度1V～5V方波,頻率為1kHz～10kHz,測量精度1%，信號輸入幅度1V～5V三角波,頻率為1kHz～10kHz,測量精度1%，信號輸入幅度2V～5V正弦波,頻率為1kHz～10kHz,測量精度1%；

2.當輸入信號幅度大于15V時，具有報警功能，測量結果為數字顯示；

3.測量具有串口通信功能；

4.信號輸入幅度為1V～10V脈沖，頻率為20Hz～1kHz時，測量并計算占空比。

3.硬件設計：

3.硬件設計原理

測試部分硬件電路圖：

1.測頻部分：先對輸入信號進行波形轉換，通過一個過零比較器將三角波、正弦波轉化為方波，之后將將方波輸入單片機 口進行波形測試。

2.限幅報警部分：輸入信號經過D1變成半波信號，之后經過C3，C4，C5，C6，C7進行整流成為幅值直流信號，之后將信號輸入電位器進行分壓，保證15v電壓經過電位器后剩余3.3v電壓。最后輸出到端口上與3.3v電壓進行比較，將比較結果輸入單片機 口。

3.單片機供電部分：通過供電模塊輸出3.3v電壓供給stm32單片機。

4.軟件設計原理：

硬件部分會將所有波形統一成方波輸入。使用TIM3與TIM4計時器。TIM3進行波形捕捉。TIM3捕捉波形的上升沿或者下降沿。開始計數，知道捕捉到相對應的上升沿或者下降沿。根據所計數的多少即可計算出波形的占空比。每次捕捉到上升沿且之前為低電平，頻率計數加一。TIM4計數器用來計數一秒，當TIM4計數滿一秒時，發生TIM4中斷，根據TIM3的頻率計數，即可計算出輸入波形的頻率。

部分源碼

1. void TIM3_Cap_Init(uint16_t arr, uint16_tpsc)                                  //TIM3用于輸入捕獲
   
2. {
   
3.          GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
   
4.          TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
   
5.          TIM_ICInitTypeDef  TIM3_ICInitStructure;
   
6.      NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
7. 
   
8.          RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);     //使能TIM3時鐘
   
9.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);          //使能GPIOA時鐘
   
10. 
    
11.          GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_6;                      //選擇6號引腳
    
12.          GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IPD;                      //輸入下拉
    
13.          GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);                                             //初始化PA6
    
14.          GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                                                    //PA6下拉
    
15. 
    
16.          //初始化定時器3 TIM3  
    
17.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= arr;                               //設定計數器自動重裝值
    
18.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;                                    //預分頻器
    
19.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1; //設置時鐘分割:TDTS = Tck_tim
    
20.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode= TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上計數模式
    
21.          TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);
    
22. 
    
23.          //初始化TIM3輸入捕獲參數
    
24.          TIM3_ICInitStructure.TIM_Channel= TIM_Channel_1;                   //CC1S=01選擇輸入端 IC1映射到TI1上
    
25.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICPolarity =TIM_ICPolarity_Rising;      //上升沿捕獲
    
26.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICSelection =TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
    
27.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler =TIM_ICPSC_DIV1;   //配置輸入分頻,不分頻
    
28.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;                                  //IC1F=0000 配置輸入濾波器 不濾波
    
29.        TIM_ICInit(TIM3,&TIM3_ICInitStructure);
    
30. 
    
31.          //中斷分組初始化
    
32.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= TIM3_IRQn;            //TIM3中斷
    
33.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 0;  //先占優先級0級
    
34.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 0;          //從優先級0級
    
35.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd= ENABLE;           //IRQ通道被使能
    
36.          NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
37. 
    
38.          TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_CC1,ENABLE);
    
39. 
    
40.      TIM_Cmd(TIM3,ENABLE );     //使能定時器3

復制代碼

檢測結果

當正弦波的頻率為5khz時，數字頻率計顯示結果為

當方波的頻率為8khz時，數字頻率計顯示結果為

當輸入信號幅度大于15V時，綠燈被點亮，進行報警

測量占空比

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