基于stm32的低頻數(shù)字相位測量儀畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-23 09:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 門的啟閉，即控制MCU內(nèi)部定時器/計數(shù)器的 啟動/停止，從而達(dá)到測量時間差的目的，再根據(jù)公式 （）從而計算得到相位差。另外，由圖32可知，信號是A信號的二倍頻（A與B同頻），由此可見，對于同頻不同相的兩個信號，經(jīng)過異或門后可得到二倍頻的信號。因此從這個意義上講，異或門可以實現(xiàn)信號的二倍頻?！?MCU測量時間差及周期下面詳細(xì)談?wù)凪CU測量時間差、周期[7]的方法。工作原理：MCU—stm32單片機(jī)的芯片內(nèi)部集成了個16bit定時器，stm32 的定時器功能十分強(qiáng)大，有 TIME1 和 TIME8 等高級定時器，也有 TIME2~TIME5 等通用定時器，還有 TIME6 和TIME7 等基本定時器。stm32 的通用定時器是一個通過可編程預(yù)分頻器（PSC）驅(qū)動的 16 位自動裝載計數(shù)器（CNT）構(gòu)成。STM32 的通用定時器可以被用于：測量輸入信號的脈沖長度(輸入捕獲)或者產(chǎn)生輸出波形(輸出比較和 PWM)等。 使用定時器預(yù)分頻器和 RCC 時鐘控制器預(yù)分頻器，脈沖長度和波形周期可以在幾個微秒到幾個毫秒間調(diào)整。stm32 的每個通用定時器都是完全獨立的，沒有互相共享的任何資源。 stm32 的通用 TIMx (TIMTIMTIM4 和 TIM5)定時器功能包括： 1)16 位向上、向下、向上/向下自動裝載計數(shù)器（TIMx_CNT） 。 2)16 位可編程(可以實時修改)預(yù)分頻器(TIMx_PSC)，計數(shù)器時鐘頻率的分頻系數(shù)為 1～65535 之間的任意數(shù)值。 3）4 個獨立通道（TIMx_CH1~4） ，這些通道可以用來作為： A．輸入捕獲 B．輸出比較 C．PWM 生成(邊緣或中間對齊模式) D．單脈沖模式輸出 4）可使用外部信號（TIMx_ETR）控制定時器和定時器互連（可以用 1 個定時器控制另外一個定時器）的同步電路。 5）如下事件發(fā)生時產(chǎn)生中斷/DMA： A．更新：計數(shù)器向上溢出/向下溢出，計數(shù)器初始化(通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā)) B．觸發(fā)事件(計數(shù)器啟動、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計數(shù)) C．輸入捕獲 D．輸出比較 E．支持針對定位的增量(正交)編碼器和霍爾傳感器電路 F．觸發(fā)輸入作為外部時鐘或者按周期的電流管理4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)采用以MCU為核心的方案來完成低頻相位測量儀的設(shè)計[8]。本設(shè)計將硬件電路分為相位測量模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、顯示電路模塊和電源電路模塊四部分。通過相位測量電路采集到得兩個同頻正弦信號的相位差所對應(yīng)的時間差以及信號周期，送到單片機(jī)的定時器外部中斷口，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)計算出兩路同頻信號之間的相位差，這就充分的發(fā)揮了單片機(jī)控制運(yùn)算能力強(qiáng)的特點。最后，由顯示模塊顯示出所測量計算的相位差和輸入頻率。 相位測量模塊設(shè)計相位測量電路主要包括輸入電路的設(shè)計和鑒相器電路部分的設(shè)計。其中輸入電路起到了波形轉(zhuǎn)換及整形的功能?！?輸入電路設(shè)計 輸入電路被測信號是周期相同、幅度和相位不同的兩路正弦信號，為了準(zhǔn)確地測量出正弦信號的相位差，需要對輸入波形進(jìn)行整形[9]，使輸入信號變成矩形波信號，并送給鑒相器進(jìn)行處理。 另外，在相位差測量的過程當(dāng)中，不允許兩路被測輸入信號在整形輸入電路中發(fā)生相對相移，或者應(yīng)該是的兩路被測信號在整形輸入電路中引起的附加相移是相同的，因此，我們對A、B兩路信號采用了相同的整形電路。同時，為了避免出現(xiàn)被測信號在過零點時含有干擾，我們選用施密特觸發(fā)器組成的整形電路。由于施密特觸發(fā)器是在單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入了正反饋網(wǎng)絡(luò)，因為正反饋的作用，它的門限電壓隨著輸出電壓U0的變化而變化，從而使施密特觸發(fā)器有兩個門限電壓，所以可以提高輸入電路的抗干擾能力。如圖41所示，電路中我們使用兩個施密特觸發(fā)器對兩路被測輸入信號進(jìn)行整形。在圖41中，比較器LM339連接成了施密特觸發(fā)器的形式。為了保證輸入電路對相位差的測量不帶來誤差，必須保證兩個施密特觸發(fā)器的兩個門限電平對應(yīng)相等，這可以通過調(diào)節(jié)電位器R8來實現(xiàn)。圖41 由施密特觸發(fā)器構(gòu)成的整形電路 LM339的特性分析LM339集成塊內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： （1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；（2）電源電壓范圍寬，單電源為236V，雙電源電壓為177。1V177。18V；（3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；（4）共模范圍很大，為0~（）Vo；（5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；（6）輸出端電位可靈活方便地選用。LM339集成塊采用C14型封裝，圖42為外型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR233ANI33SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。圖42 LM339外型及管腳排列圖LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“”端時，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3—15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當(dāng)輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 鑒相器鑒相器就是我們所說的異或門電路[11]，在相位測量電路中起到了測量時間差的作用。在這里我們選用的是74LS86芯片。
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