【正文】 //時(shí)鐘分割 = TIM_CounterMode_Up。 TIM_Cmd(TIM2,ENABLE)。 //補(bǔ)償 if(Freq20xx) TIM5_Period=0。 基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 20 GNDVCCGNDGNDVCCVSS1VCC2VO3RS4RW5E6RB07RB18RB29RB310RB411RB512RB613RB714BLA15BLK16LCD1602LCD1602VR110KP00P01P02P04P05P06P07 圖 411 顯示模塊電路原理圖 5 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)連續(xù)幾次測(cè)量時(shí)間差和周期，每一次測(cè)量時(shí)間差和周期占用兩個(gè)待測(cè)信號(hào)周期 T 的時(shí)間。晶振工作時(shí)， NRST 引腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使 stm32 復(fù)位，基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 19 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 NRST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。同樣，在需要時(shí)可以采取對(duì) PLL 時(shí)鐘完全的中斷管理（如當(dāng)一個(gè)間接地使用外部振蕩器失效時(shí)）。 圖 48 40 腳雙列直插（ DIP）封裝圖 基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 17 引腳 功能 說(shuō)明 STM32有 100個(gè)引腳，每個(gè) GPIO引腳都可以由軟件配置成輸出 (推挽或開(kāi)漏 )、輸入 (帶或不帶上拉或下拉 )或復(fù)用的外設(shè)功能端口。在設(shè)計(jì)中，我們充分利用單片機(jī)具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和控制能力這一特點(diǎn)，使用單片機(jī)外部中斷 TIM2 接收外部送來(lái)的對(duì)應(yīng)于被測(cè)信號(hào)的時(shí)間、周期差，并在單片機(jī)內(nèi)部完成相應(yīng)的處理及相關(guān)運(yùn)算。 74LS86 為四組 2 輸入端異或門(mén)， 管腳圖如圖 43 所示： 圖 43 74LS86 管腳圖 引出端符號(hào)： 1A － 4A ， 1B － 4B 為輸入端； 基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 10 1Y － 4Y 為輸出端。當(dāng) “ ” 端電壓高于 “ +” 端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。18V； （ 3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； （ 4）共模范圍很大，為 0~（ ） Vo； （ 5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； （ 6）輸出端電位可靈活方便地選用。 另外，在相位差測(cè)量的過(guò)程當(dāng)中，不允許兩路被測(cè)輸入信號(hào)在整形輸入電路中發(fā)生相對(duì)相移，或者應(yīng)該是的兩路被測(cè)信號(hào)在整形輸入電路中引起的附加相移是相同的，因此，我們對(duì) A、 B 兩路信號(hào)采用了相同的整形電路。 3） 4 個(gè)獨(dú)立通道（ TIMx_CH1~4） ，這些通道可以用來(lái)作為： A．輸入捕獲 B．輸出比較 C． PWM 生成 (邊緣 或中間對(duì)齊模式 ) D．單脈沖模式輸出 4）可使用外部信號(hào)（ TIMx_ETR）控制定時(shí)器和定時(shí)器互連（可以用 1 個(gè)定時(shí)器控制另外 一個(gè)定時(shí)器）的同步電路。 MCU 測(cè)量時(shí)間差 及 周期 下面詳細(xì)談?wù)?MCU 測(cè)量時(shí)間差、周期 [7]的方法。附近靈敏度降低，讀數(shù)困難也不準(zhǔn)確。 時(shí)間的測(cè)量有多種方法， 而設(shè)計(jì)題目關(guān)于相位測(cè)量?jī)x的技術(shù)指標(biāo)要求會(huì)影響到我們對(duì)方案的選擇， MCU 應(yīng)用系統(tǒng)一般能較好的實(shí)現(xiàn)各種不同的測(cè)量及控制功能，往往還能滿足一些設(shè)計(jì)要求比較高的技術(shù)指標(biāo)，因此，我們?cè)谶M(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可用 MCU 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，完成系統(tǒng)指標(biāo)。 將其送到 MCU 外部中斷口，再通過(guò) MCU 處理數(shù)據(jù)（數(shù)字濾波、計(jì)算、送數(shù)據(jù)、鍵盤(pán)處理等），最后得到我們所要的相位值，并將其通過(guò) 數(shù)碼管 顯示出來(lái)?？傊?， 相位測(cè)量技術(shù)在我們生活中起到了不可忽視的。 選題意義 隨著 微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)帶來(lái)極大的變革。 對(duì)于低頻相位的測(cè)量，用傳統(tǒng)的模擬指針式儀表 顯然不能夠滿足所需的精度要求，隨著電子技術(shù)以及微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式儀表因其高精度的測(cè)量分辨率以及高度的智能化、直觀化的特點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。主要包括 相位測(cè)量模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示模塊的設(shè)計(jì) 。與傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)相比 ， 其有處理速度快、穩(wěn)定性高、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn) 。由于MCU 芯片和可編程邏輯器件的集成度高，智能程度高，功能強(qiáng)大，使得它 實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。 在科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐中，常常需要對(duì)低頻移相網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)進(jìn)行相位測(cè)量，但某些測(cè)量方法僅僅局限于測(cè)某一頻率信號(hào)的相位 ， 不能滿足一定范圍內(nèi)任意頻率信號(hào)的相位測(cè)量，總之低頻相位測(cè)量?jī)x的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用越來(lái)越多，比如在電力系統(tǒng)中常常需要對(duì)兩個(gè)同頻率信號(hào)（如工頻電壓和工頻電流）之間的相位關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。 課題研究?jī)?nèi)容 我們?cè)O(shè)計(jì)的數(shù)字式相位測(cè)量系統(tǒng)電路，主要是由 MCU 芯片和小規(guī)模的集成電路構(gòu)成。 只有兩個(gè)同頻率的（正弦）信號(hào)才有相位差的概念。需要附加一些電路才能做到。把 BA ?波形中的正脈沖作為門(mén)控信號(hào)，控制閘門(mén)的啟閉，即控制 MCU 內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 啟動(dòng) /停止，從而達(dá)到測(cè)量時(shí)間差 ?T 的目的，再根據(jù)公式 ??? T? （ ） 從而計(jì)算得到相位差 ?。 stm32 的每個(gè)通用定時(shí)器都是完全獨(dú)立的，沒(méi)有互相共享的任何資源。 相位測(cè)量 模塊 設(shè)計(jì) 相位測(cè)量電路主要包括輸入電路的設(shè)計(jì)和鑒相器電路 部分 的 設(shè)計(jì)。為了保證輸入電路對(duì)相位差的測(cè)量不帶來(lái)誤差，必須保證兩個(gè)施密特觸發(fā)器的兩個(gè)門(mén)限電平對(duì)應(yīng)相等，這可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R8 來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用 “ +” 表示，另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，用 “ ”表示。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。清除端通過(guò) R10 接到電源 +5V 上，并清除端通 過(guò) C1 接地，當(dāng)接通電源瞬間，清除端通過(guò) C1 處于低電平，使 Q 端置于低電平； C1 逐漸充電完畢，這時(shí)清除端通過(guò) R10 處于高電平。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜 態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 電源 ： VCC：運(yùn)行和程序校檢時(shí)加 +。 3. 當(dāng)需要 ADC 采樣時(shí)間為 1uS 時(shí)， APB2 必須設(shè)置在 14MHz、 28MHz或 56MHz。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容充電 ， RST 端電壓慢慢下降，降到一定 程度 ，即為低電平， stm32 開(kāi)始正常工作。 //清除 TIMx 的中斷待處理位 :TIM 中斷源 TIM_Cmd(TIM2,DISABLE)。 TIM5_Periodtemp=TIM5_Period。 = 0xFFFF。//基本初始化 } 結(jié)束語(yǔ) 本次課程設(shè)計(jì)讓我們懂得了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)電路，如何排解遇到的困難，解決遇到的問(wèn)題，在老師的帶領(lǐng)下，我們一步步走向課程設(shè)計(jì)的尾聲，做出了我們的作品，有很大的收獲。 DutyCycle=DutyCycle+Freq/20xx。 else TIM5_Period=999。 time2_count++。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 參考時(shí)鐘樹(shù)圖 48 12Y18M12Y222pFC1122pFC1210pFC1510pFC16GNDGNDOSC_INOSC_OUTPC14PC15R301M時(shí)鐘震蕩 基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 18 圖 48 1. 當(dāng) HIS 作為 PLL 時(shí)鐘輸入時(shí)，最高的系統(tǒng)頻率只能達(dá)到 64Mhz。在需要的情況下， I/O引腳的外設(shè)功能可以通過(guò)一個(gè)特定的操作鎖定，以避免意外的寫(xiě)入 I/O寄存器。圖 47 為 stm32f103rbt6 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 。再將此脈沖序列信號(hào)送入到單片機(jī)外部中斷口，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 [12]。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。 基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 9 圖 42 LM339 外型及管腳排列圖 LM339 類(lèi)似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。如圖 41 所示 ，電路中我們使用兩個(gè)施密特觸發(fā)器對(duì)兩路被測(cè)輸入信號(hào)進(jìn)行整形。 通過(guò)相位測(cè)量電路采集到得兩個(gè)同頻正弦信號(hào)的相位差所對(duì)應(yīng)的時(shí)間差以及信號(hào)周期，送到單片機(jī)的 定時(shí)器 外部中斷口，讓單片機(jī)最小系統(tǒng)完成讀取數(shù)據(jù)，并能根據(jù)所讀取的 數(shù)據(jù)計(jì)算出兩路同頻信號(hào)之間的相位差 ， 這就充分的發(fā)揮了單片機(jī)控制運(yùn)算基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 7 能力強(qiáng)的特點(diǎn) 。 STM32 的通用定時(shí)器可以被用于：測(cè)量輸入信號(hào)的脈沖長(zhǎng)度 (輸入捕獲 )或者產(chǎn)生輸出波形 (輸出比較和 PWM)等。 3 系統(tǒng)原理 原理 框圖 以單片機(jī)為核心的相位測(cè)量?jī)x原理框圖如圖 31 所示： 整 形 電 路整 形 電 路整 形 電 路整 形 電 路鑒 相 器鑒 相 器M C U / T IM 2 / T IM 3 / T IM 5M C U / T IM 2 / T IM 3 / T IM 5顯 示顯 示待 測(cè) 信 號(hào) A待 測(cè) 信 號(hào) B 圖 31 以 MCU 為核心的相位測(cè)量?jī)x原理框圖 兩路待測(cè)信號(hào)經(jīng)整形后變成了矩形信號(hào) A、 B，且可以認(rèn)為 A 和 B 是同頻率、不同相位的矩形波。 基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 4 倍乘法：任何 一個(gè) 周期函數(shù)都可以用傅氏級(jí)數(shù)表示，在這里運(yùn)算器是一個(gè)乘法器，兩個(gè)信號(hào)是頻率相同的正弦數(shù)，相位差為一個(gè)角度 ? ，運(yùn)算結(jié)果再經(jīng)過(guò)一個(gè)積分電路，得 到 直流電壓： ?coskV? （ ） 電路的輸出和被測(cè)信號(hào)相位差余弦成比例，因此其測(cè)量范圍在 45176。 相位和相位差的概念 [4]： 令正弦信號(hào)為 ： ?? ? ?0s in ?? ?? tAtA m （ ） 式中 Am稱(chēng)為幅值（最大值），且 AAm 2? ， A 稱(chēng)為有效值； ?? 0??? ?? tt 稱(chēng)基于 stm32 的低頻相位測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì) 3 為相位， 0? 稱(chēng)為初相位， ? 稱(chēng)為角頻率。尤其在工業(yè)領(lǐng)域中，相位不僅是衡量安全的重要依據(jù)，還可以為節(jié)約能源提供參考。微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、單片機(jī)原理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)與具體應(yīng)用對(duì)象相結(jié)合而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更是受世人青睞。 還有測(cè)量?jī)闪型l信號(hào)的相位差在研究網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的頻率特性中具有重要的意義。相位測(cè)量模 塊采用對(duì)輸入的兩路信號(hào)（同頻率、不同相位）通過(guò)比較器整形、鑒相器異或之后得到的相位差，輸入到單片機(jī)的中斷口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理； 采用 LCD1602 顯示被測(cè)信號(hào)的相位差。 。在電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時(shí)，要 求兩電網(wǎng)