【正文】 信號時不宜直接使用。二次儀表頻率計用來檢測其對應頻率，并將其轉(zhuǎn)換為對應的實際物理量顯示出來。通常， 在 工業(yè)生產(chǎn)中，各種現(xiàn)場信號如壓力、溫度、流量等都是通過相應壓力變送器、溫度變送器、流量變送器 傳送出來， 即特定傳感器把物理量變?yōu)閷?200800HZ 的頻率信號。 無論是在科技研究中還是在實際應用中，毫無疑問，頻率測量的作用都顯得尤為重要。 基于實際應用需求和當前技術(shù)發(fā)展，本文設計出以 STM32 單片機為測量和控制核心的頻率計方案。信號整形電路能將輸入的三角波、正弦波、鋸齒波整形為單片機可以識別的矩形波。 軟硬件開發(fā)環(huán)境和工具 設計工具 分 為 ： 硬件設計工具、軟件 設計 工具。MDKARM 軟件為基于 CortexM、 CortexR ARM ARM9 處理器設備提供了一個完整的開發(fā)環(huán)境。 STM32 最小系統(tǒng) 本設計主要利用 STM32 的 GPIO、 USART、輸入捕獲和定時器功能，因此考慮功能和成本選用 QFP64 封裝的 STM32F103RCT6。 STM32 有多個時鐘可以選擇， HIS 振蕩器時鐘、HSE振蕩器時鐘和 PLL 時鐘可以用來驅(qū)動系統(tǒng)時鐘， LSI 振蕩器和 LSE外部低速時鐘可以用來驅(qū)動看門狗或 RTC。 電源部分 本系統(tǒng)需要 5V兩種電壓供電。為了獲得 電壓，需要對輸入的 5V 直流電進行穩(wěn)壓，這里采用 芯片。 圖 4 電源穩(wěn)壓電路 下載仿真電路 STM32 可以用串口下載，可以用 JTAG 和 SWD 方式進行仿真調(diào)試。但是考慮到引腳使用和下載速度問題，本設計采用 SWD 模式。 二次儀表頻率計設計 6 圖 5 SWD 下載仿真電路 信號輸入電路 為了獲得單片機能夠識別的脈沖信號，必須對輸入的信號進行濾波整形。 二階濾波器相對于一階濾波器而言，具有更好的濾波效果。濾波電路如圖 6 所示。整形電路可以選用施密特觸發(fā)器或者比較器，當電壓高于某一閾值事輸出高電壓，低于某一閾值時輸出低電壓，從而將頻率信號整形為脈沖信號。 LCD128x128 液晶顯示器 人機界面的顯示使用 LCD128x128，可以顯示 128x128 點陣單色或 4 灰度級的圖片，可以顯示英文、數(shù)字、符號或 64 個 16x16 的漢字。 二次儀表頻率計設計 8 按鍵和狀態(tài)指示燈 當采集到頻率信號時，為了轉(zhuǎn)換成一次儀表的物理量，需要用戶手動輸入物理量與頻率之間的線性關(guān)系數(shù)據(jù)，所以加入按鍵功能。由于 STM32 的 GPIO 端口的輸入可以位置為上拉輸入、下拉輸入和浮空輸入模式，因此外部電路就省去了上拉電阻，只需要軟件配置為輸入上拉模式即可。當系統(tǒng)正常運行時， LED1 每隔一秒閃爍一次，用以指示系統(tǒng)運行正常。 LED 是電流驅(qū)動器件，電流的大小決定 LED 的亮度，為了避免 大電流燒壞 LED 指示燈，加了 1K 歐的電阻限流。當定時時間到的時候進入中斷函數(shù)。按鍵設計四個，分別定義為功能鍵、增大建、減小鍵和確認鍵。延時之后，按二次儀表頻率計設計 10 鍵輸入狀態(tài)穩(wěn)定，此時若仍然檢測到按鍵按下，則確定是按鍵操作，然后判斷鍵值，根據(jù)鍵值做出相應的處理。 STM32 系統(tǒng)配置和初始化 本系統(tǒng)程序采用 Keil uVision4 進行編寫、編譯和調(diào)試仿真。調(diào)用 SystemInit()，配置 AHB和 APB2 時鐘為 72MHz， APB1時鐘為 36MHz。 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE)。本設計的思想是用定時器計時，輸入捕獲進行計數(shù)，所以需要配置定時器和輸入捕獲模式。 = 10000 1。 TIM_TimeBaseInit(TIM2, amp。 STM32 是搶占式內(nèi)核，允許中斷嵌套，每個中斷擁有一個優(yōu)先級，高優(yōu)先級的中斷可以打斷低優(yōu)先級的中斷。 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0)。 二次儀表頻率計設計 12 NVIC_Init(amp。 //進行相應的算法處理 …… } } 輸入捕獲模式用以捕捉脈沖信號進行計數(shù)。 作為脈沖捕獲引腳需要配置為浮空輸入模式： = GPIO_Pin_8。 對輸入捕獲模式的配置主要包括輸入通道、上升沿捕獲方式、捕獲預分頻和輸入腳是否濾波等，這里開啟捕獲中斷進行計數(shù)，數(shù)據(jù)處理放在定時中斷中。 = TIM_ICPSC_DIV1。 TIM_SelectInputTrigger(TIM4, TIM_TS_TI2FP2)。 TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC2, ENABLE)。 LCD128x128 顯示 LCD128x128 程序包括液晶初始化函數(shù)、寫命令函數(shù)、寫數(shù)據(jù)函數(shù)、清屏函數(shù)、以及漢字和字符的顯示。本部分程序主要是實現(xiàn)漢字和字符的顯示。 }Stru_GB16。 void GUI_DispHZ(uint8 Row, uint8 Col ,uint8 *PStr)。 當檢測輸入電壓為低時則認為按鍵被按下。 //讀取 腳電平 四分別 按鍵設置為功能鍵、增大間、減小鍵和確認鍵。換算方程式如下： phyval = (Frequency200)*(phytemp2phytemp1)/(800200)+phytemp1。在輸入捕獲中斷里翻轉(zhuǎn) LED2 指示燈來指示頻率的大小。 軟硬件調(diào)試 測試部分分為硬件測試和軟件測試。為了達到低功耗， STM32 采用低電壓 供電。 二次儀表頻率計設計 16 圖 14 信號輸入和按鍵部分測試實物圖 軟件分模塊進行測試。經(jīng)多次現(xiàn)場測試表明，本頻率計可以去除 200Hz 以下的頻率干擾，在 200Hz 到800Hz 區(qū)間有很高的測量精度，測量換算的物理值和一次儀表采集的值誤差很小。 本系統(tǒng)就是采用強大的基于 ARM CotexM3 內(nèi)核的 STM32 單片機設計出一套頻率計。本設計只是致力于獲取 200Hz800Hz 的頻率的準確性，在頻率測量方面還可以有更寬的測量范圍。 static void RCC_Configuration(void)。 extern uint8_t Flag_GetFrequency。 UART_Init(9600)。 printf(Frequency:%d\n,Frequency)。 NVIC_Configuration()。 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE)。 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE)。 = GPIO_Mode_Out_PP。 } 二次儀表頻率計設計 /********************************************************************************* * 功能： NVIC_Configuration * 參數(shù)： NULL * 返回： NULL * 備注：中斷向量表初始化 **********************************************************************************/ static void NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure。 //向量表位于 FLASH endif /* Enable the TIM3 global Interrupt */ = TIM3_IRQn。NVIC_InitStructure)。 NVIC_Init(amp。 // = ENABLE。 CLR_LCD_RW。 delay_ms(50)。 CLR_LCD_E。 CLR_LCD_E。 = USART_StopBits_1。 USART_Init(USART1, amp。 串口發(fā)送程序如下： Void USART_SendChar(char ch) { USART_SendData(USART1, (u16)ch)。 } 淮南師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)論文 致謝 在畢業(yè)設計的過程中，我得到了很多老師和同學的關(guān)心和幫助。