【文章內容簡介】 門的啟閉，即控制MCU內部定時器/計數器的 啟動/停止，從而達到測量時間差的目的，再根據公式 （）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，異或門可以實現信號的二倍頻?！?MCU測量時間差及周期下面詳細談談MCU測量時間差、周期[7]的方法。工作原理：MCU—stm32單片機的芯片內部集成了個16bit定時器，stm32 的定時器功能十分強大，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分頻器（PSC）驅動的 16 位自動裝載計數器（CNT）構成。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)或者產生輸出波形(輸出比較和 PWM)等。 使用定時器預分頻器和 RCC 時鐘控制器預分頻器，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/向下自動裝載計數器（TIMx_CNT） 。 2)16 位可編程(可以實時修改)預分頻器(TIMx_PSC)，計數器時鐘頻率的分頻系數為 1～65535 之間的任意數值。 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)生時產生中斷/DMA： A．更新：計數器向上溢出/向下溢出，計數器初始化(通過軟件或者內部/外部觸發(fā)) B．觸發(fā)事件(計數器啟動、停止、初始化或者由內部/外部觸發(fā)計數) 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計[8]。本設計將硬件電路分為相位測量模塊、單片機最小系統(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的時間差以及信號周期，送到單片機的定時器外部中斷口，讓單片機最小系統(tǒng)完成讀取數據，并能根據所讀取的數據計算出兩路同頻信號之間的相位差，這就充分的發(fā)揮了單片機控制運算能力強的特點。最后，由顯示模塊顯示出所測量計算的相位差和輸入頻率?！?相位測量模塊設計相位測量電路主要包括輸入電路的設計和鑒相器電路部分的設計。其中輸入電路起到了波形轉換及整形的功能?！?輸入電路設計　 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，為了準確地測量出正弦信號的相位差，需要對輸入波形進行整形[9]，使輸入信號變成矩形波信號，并送給鑒相器進行處理。 另外，在相位差測量的過程當中，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上引入了正反饋網絡，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相等，這可以通過調節(jié)電位器R8來實現。圖41 由施密特觸發(fā)器構成的整形電路　 LM339的特性分析LM339集成塊內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，應用廣泛，所以世界上各大IC生產廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR233ANI33SF339等，它們的參數基本一致，可互換使用。圖42 LM339外型及管腳排列圖LM339類似于增益不可調的運算放大器。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“+”端電壓高于“”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。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。