基于stm32的单片机的简易数字频率计设计

1.简介：数字频率计主要由四个部分组成：时基电路，整形电路，控制电路和显示电路组成。在一个测量周期过程中，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。文件包括设计电路图，设计源代码与设计报

2.目标：本设计主要完成以下目标：

  1.测量信号输入幅度1V～5V方波,频率为1kHz～10kHz,测量精度1%，信号输入幅度1V～5V三角波,频率为1kHz～10kHz,测量精度1%，信号输入幅度2V～5V正弦波,频率为1kHz～10kHz,测量精度1%；

2.当输入信号幅度大于15V时，具有报警功能，测量结果为数字显示；

3.测量具有串口通信功能；

4.信号输入幅度为1V～10V脉冲，频率为20Hz～1kHz时，测量并计算占空比。

3.硬件设计：

3.硬件设计原理

硬件电路图：

1.测频部分：先对输入信号进行波形转换，通过一个过零比较器将三角波、正弦波转化为方波，之后将将方波输入单片机 口进行波形测试。

2.限幅报警部分：输入信号经过D1变成半波信号，之后经过C3，C4，C5，C6，C7进行整流成为幅值直流信号，之后将信号输入电位器进行分压，保证15v电压经过电位器后剩余3.3v电压。最后输出到端口上与3.3v电压进行比较，将比较结果输入单片机 口。

3.单片机供电部分：通过供电模块输出3.3v电压供给stm32单片机。

4.软件设计原理：

硬件部分会将所有波形统一成方波输入。使用TIM3与TIM4计时器。TIM3进行波形捕捉。TIM3捕捉波形的上升沿或者下降沿。开始计数，知道捕捉到相对应的上升沿或者下降沿。根据所计数的多少即可计算出波形的占空比。每次捕捉到上升沿且之前为低电平，频率计数加一。TIM4计数器用来计数一秒，当TIM4计数满一秒时，发生TIM4中断，根据TIM3的频率计数，即可计算出输入波形的频率。

部分源码

1. void TIM3_Cap_Init(uint16_t arr, uint16_tpsc)                                  //TIM3用于输入捕获
   
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时钟
   
9.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);          //使能GPIOA时钟
   
10. 
    
11.          GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_6;                      //选择6号引脚
    
12.          GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IPD;                      //输入下拉
    
13.          GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);                                             //初始化PA6
    
14.          GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                                                    //PA6下拉
    
15. 
    
16.          //初始化定时器3 TIM3  
    
17.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period= arr;                               //设定计数器自动重装值
    
18.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;                                    //预分频器
    
19.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    
20.          TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode= TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    
21.          TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);
    
22. 
    
23.          //初始化TIM3输入捕获参数
    
24.          TIM3_ICInitStructure.TIM_Channel= TIM_Channel_1;                   //CC1S=01选择输入端 IC1映射到TI1上
    
25.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICPolarity =TIM_ICPolarity_Rising;      //上升沿捕获
    
26.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICSelection =TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
    
27.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler =TIM_ICPSC_DIV1;   //配置输入分频,不分频
    
28.        TIM3_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;                                  //IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
    
29.        TIM_ICInit(TIM3,&TIM3_ICInitStructure);
    
30. 
    
31.          //中断分组初始化
    
32.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel= TIM3_IRQn;            //TIM3中断
    
33.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority= 0;  //先占优先级0级
    
34.          NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority= 0;          //从优先级0级
    
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 );     //使能定时器3

复制代码

检测结果

当正弦波的频率为5khz时，数字频率计显示结果为

当方波的频率为8khz时，数字频率计显示结果为

当输入信号幅度大于15V时，绿灯被点亮，进行报警

测量占空比

简易频率计详细文档和代码.rar (663.26 KB, 售价: 3 E币)

2020-5-24 17:49 上传

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