【導(dǎo)讀】主要包括相位測量模塊、單片機最小系統(tǒng)、顯示模塊的設(shè)計。可以對低頻率范圍。的信號進行相位等參數(shù)的精確測量，測相絕對誤差不大于4°。差，輸入到單片機的中斷口進行數(shù)據(jù)采集處理；采用LCD1602顯示被測信號的相位差。硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件采用匯編語言實現(xiàn)，程序簡單可讀寫性強、效率高。路系統(tǒng)相比，其有處理速度快、穩(wěn)定性高、性價比高的優(yōu)點。

　　

【正文】 17 引腳 功能 說明 STM32有 100個引腳，每個 GPIO引腳都可以由軟件配置成輸出 (推挽或開漏 )、輸入 (帶或不帶上拉或下拉 )或復(fù)用的外設(shè)功能端口。多數(shù) GPIO引腳都與數(shù)字或模擬的復(fù)用外設(shè)共用。除了具有模擬輸入功能的端口，所有的 GPIO引腳都有大電流通過能力。在需要的情況下， I/O引腳的外設(shè)功能可以通過一個特定的操作鎖定，以避免意外的寫入 I/O寄存器。在 APB2上的 I/O腳可達 18MHz的翻轉(zhuǎn)速度。 電源 ： VCC：運行和程序校檢時加 +。 GND：地。 時 鐘和啟動 系統(tǒng)時鐘的選擇 是在啟動的時候選擇的，復(fù)位時內(nèi)部 8MHz 的 RC 振蕩器唄選為默認(rèn)的 CUP 時鐘，隨后可以選擇外部的、具失效監(jiān)控的 4~16MHz 時鐘；當(dāng)檢測到外部時鐘失效時，他被隔離，系統(tǒng)將會自動地切換到內(nèi)部的 RC 振蕩器，如果使能了中斷，軟件可以接受到相應(yīng)的中斷。同樣，在需要時可以采取對 PLL 時鐘完全的中斷管理（如當(dāng)一個間接地使用外部振蕩器失效時）。 多個預(yù)分頻器用于配置 AHB 的頻率、高速 APB（ APB2）和低速 APB（ APB1）區(qū)域。 AHB 和高速 APB 的最高頻率是 72MHz，低速 APB 的最高頻率為 36MHz。 參考時鐘樹圖 48 12Y18M12Y222pFC1122pFC1210pFC1510pFC16GNDGNDOSC_INOSC_OUTPC14PC15R301M時鐘震蕩 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 18 圖 48 1. 當(dāng) HIS 作為 PLL 時鐘輸入時，最高的系統(tǒng)頻率只能達到 64Mhz。 2. 當(dāng)使用 USB 功能時，必須同時使用 HSE 和 PLL， CPU 的頻率必須是 48MHz或 72MHz。 3. 當(dāng)需要 ADC 采樣時間為 1uS 時， APB2 必須設(shè)置在 14MHz、 28MHz或 56MHz。 復(fù)位電路 由圖 49 可以看出，是單片機的按鍵電平復(fù)位電路，相當(dāng)于按復(fù)位鍵后復(fù)位端通過電阻與 Vcc 電源接通。復(fù)位是單片機的初始化操作， stm32 在啟動運行時，都需要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀 態(tài)開始工作。晶振工作時， NRST 引腳持續(xù) 2 個機器周期高電平將使 stm32 復(fù)位，基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 19 當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 NRST 腳兩個機器周期的高電平時間?？撮T狗計時完成后， NRST 腳輸出 96個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式，但單片機本身是不能自動進行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路來實現(xiàn)。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當(dāng)于是短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電 ， RST 端電壓慢慢下降，降到一定 程度 ，即為低電平， stm32 開始正常工作。 1uFC19GND1234S6GNDNRSTR241K復(fù)位電路 圖 410 AT89C51 復(fù)位電路 顯示模塊 設(shè)計 LCD1602 顯示 32 個字符內(nèi)容，分為 2 行顯示。當(dāng)前面向市場上字符液晶顯示模塊幾近都是一樣在 HD44780 液晶芯片的控制原理上完成的 [8]。 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 20 GNDVCCGNDGNDVCCVSS1VCC2VO3RS4RW5E6RB07RB18RB29RB310RB411RB512RB613RB714BLA15BLK16LCD1602LCD1602VR110KP00P01P02P04P05P06P07 圖 411 顯示模塊電路原理圖 5 軟件設(shè)計 系統(tǒng)連續(xù)幾次測量時間差和周期，每一次測量時間差和周期占用兩個待測信號周期 T 的時間。 stm32f103rbt6 處理數(shù)據(jù)（數(shù)字濾波、計算、送數(shù)據(jù)顯示 ）系統(tǒng)主程序框圖如圖 51 所示： 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 21 圖 51 主 程序 框圖 相位測量電路的主程序： void TIM2_IRQHandler(void) //TIM3 中斷 { TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update )。 //清除 TIMx 的中斷待處理位 :TIM 中斷源 // LED5=!LED5。 time2_count++。 } void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3 中斷 { 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 22 TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update )。 //清除 TIMx 的中斷待處理位 :TIM 中斷源 TIM_Cmd(TIM2,DISABLE)。 Freq=time2_count*65536+TIM2CNT。 Freq=Freq+Freq*9/500000+Freq*2/5000000。 //補償 if(Freq20xx) TIM5_Period=0。 else if(Freq200) TIM5_Period=9。 else if(Freq20) TIM5_Period=99。 else TIM5_Period=999。 if(TIM5_Periodtemp!=TIM5_Period) TIM5_Change(TIM5_Period,0)。 TIM5_Periodtemp=TIM5_Period。 time2_count=0。 TIM2CNT=0。 TIM_Cmd(TIM2,ENABLE)。 } void TIM5_IRQHandler(void) { /* Clear TIM3 Capture pare interrupt pending bit */ TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2)。 DutyCycle=Freq*TIM_GetCapture1(TIM5)*(TIM5_Period+1)/7200。 DutyCycle=DutyCycle+Freq/20xx。 } 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 23 void TIM5_Change(u16 arr,u16 psc) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure。 = 0xFFFF。 //周期 0~FFFF = arr。 //時鐘分頻 = psc。 //時鐘分割 = TIM_CounterMode_Up。//模式 TIM_TimeBaseInit(TIM5, amp。TIM_TimeBaseStructure)。//基本初始化 } 結(jié)束語 本次課程設(shè)計讓我們懂得了如何去設(shè)計一個電路，如何排解遇到的困難，解決遇到的問題，在老師的帶領(lǐng)下，我們一步步走向課程設(shè)計的尾聲，做出了我們的作品，有很大的收獲。 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 24 參考文獻 [1]田秀豐，何繼愛，李敏 .低頻數(shù)字式相位測量儀的設(shè)計 [J].無線通信技術(shù)， 20xx， (2)： 5561. [2]姚遠，王麗婷，郭佳靜 .低頻數(shù)字式相位測量儀（ C 題） [J].電子世界， 20xx， (5)： 3941. [3]徐柳娟，鄭文卓，水永煒 .低頻數(shù)字式相位測試儀 [J].電子技術(shù)與應(yīng)用， 20xx， (11)： 5657. [4]李洋 .現(xiàn)代電子設(shè)計與創(chuàng)新 [M].北京：中國電力出版社， . [5]丁邦俊，王小娟 .基于 stm32 低頻數(shù)字式相位測量儀的設(shè)計與實現(xiàn) [J].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 20xx， (7)： 46. [6]史國清，倪晉平 .基于 stm32 的低頻數(shù)字相位測量儀的設(shè)計 [J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 20xx， (8)： 8081. [7]張俊謨 .單片機中級教程原理及應(yīng)用 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， . [8]孫笑雨 .用單片機實現(xiàn)高精度數(shù)字頻率計 [J].沈陽電 力高等專科學(xué)校學(xué)報， 1999， (1)： 920. [9]盧文科 .實用電子測量技術(shù)及其電路分析 [M].北京：國防工業(yè)出版社， . [10]張超 ,劉開培 .基于 CPLD 的相位差測量儀 [ J ].電子技術(shù) ， 20xx， (5) ： 1317. [11]臧春華 .電子線路設(shè)計與應(yīng)用 [M].北京：高等教育出版社， . [12]李青鵬，路軍，李俊杰 .基于單片機和 DDS 的高精度頻率信號實現(xiàn) [J].電子技術(shù)應(yīng)用， 20xx，(7)； 2850. [13]黃智偉 .全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程 [M].北京：電子工業(yè)出版社， . [14]唐俊翟，許雷，張群瞻 .單片機原理與應(yīng)用 [M].北京：冶金工業(yè)出版社， . [15]王振紅，錢飛 .基于 VHDL 語言的數(shù)字頻率計設(shè)計 [J].微電子學(xué)， 20xx， (3)： 234245. [16]馬衷梅 .單片機應(yīng)用程序設(shè)計 [M].北京 ： 北航出版社， 1998. [17]陸坤 .電子設(shè)計技術(shù) [M].北京 ： 電子科技大學(xué)出版社， 20xx. [18]沙戰(zhàn)友 .新編實用數(shù)字化測量技術(shù) [M].北京 ： 國防工大出版社， 20xx. [19]HAMMOND JM, LEC noncontact piezoelectric torque sensor[J].IEEE International Frequency Control Symposium, 1998. [20] paull Measuring with Increased Accuracy[M]. ,1971. [21] JACUB electronics[M].Mcgraw2Hill Inc ,1971. 基于 stm32 的低頻相位測量儀 設(shè)計 25 附 錄 1 2121 2121 2 121 2211 21 28 9 10 11 12 13 147 6 5 4 3 2 1 8910111213147654321891011121314765432121123121 21 21 212 121256784321 相位測量 PCB 圖