设计并制作闸门时间为1s的数字频率计.doc

1、1摘要频率计用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1s。本设计以 ARM 核心处理器，设计并制作了闸门时间为 1s 的数字频率计,能够测量频率。该频率计硬件部分高速比较器 74HC14 整形电路组成。利用 32 定时器的 ETR 功能可准确测出低高频信号，实现了对正弦波的频率测量。经测试该频率计性能良好，正弦信号频率测量范围可从 1Hz 到 25MHz。关键词：STM32；高速比较；测频一、系统方案论述1.整形电路的比较与选择方案一：由施密特触发器对 74HC14 信号进行调理，可以直接输出 TTL 电平，。

2、 方案二：由比较器整形后的信号再由施密特整形，输出 TTL 电平。从性能上讲此方案较好，但是由于时间问题，找不到合适 的高速比较器和施密特触发器组合。综上选择方案一。 2.微处理器的比较与选择方案一：采用 STM32 对调理后的信号测频。输入信号的测量能达到频率达到 100MHz，测频精度高，速度快。方案二：采用 430 测频，但是最多测量到 16M 而且引脚速度不够 导致无法完成指标内的频率测量为了更好地实现题目要求，我们选择方案一。3.测频方法的选择与比较2方案一:输入捕获测频法是累积单位时间里的周波数，在频率较低时采用。频率较高时精度低，但不适合高频的测量。方案二：周期法是测一个周期的时

3、间，通过周期转换成频率，在频率较低时采用。频率较低时精度高但不适合高频。方案三：利用 ETR 外部信号触发将外部的信号（测量信号）作为计数信号，不用经历中断产生时间延时，ETR 可以直接作为时钟输入也可以通过触发输入（TRGI）来作为时钟输入即在时钟模式 1 中触发源选择为 ETR，两个效果上是一样的。可准确测出低高频，在低频段使用不分频 ETR 触发，高频时使用 4 分频测量提高测量范围。由于输入信号的要求为 1Hz25MHz，所以选择方案三。4.系统总体方案通过高速比较器 74HC14 对信号源的波形进行整形，输出标准的方波。STM32 测量波形并且在 LCD 上显示。5.测频精度分析由于

4、输入信号的频率范围为 1Hz25MHz，所以 stm32 采用定时器的外部触发功能测频的方法，低频不分频，高频采用 4 分频测频。STM32 强大的数据处理能力大大提高了测频的精度。二、电路与程序设计1 电路设计74HC14 的作用：六反相斯密特触发器74HC14 是一款兼容 TTL 器件引脚的高速 CMOS 器件，逻辑功能为 6 路斯密特触发反相器，其耗电量低，速度快。在电子工业中，现已基本取代74LS14（TTL 器件） 。74HC14 引脚图:3图 1 引脚功能74HC14 真值表:真值表：Y=AInput 输入 output 输出A YL HH L4图 1-1 基本电路仿真图图 1-2

5、 F=10M 正弦波整形方波图 1-3 F=25M 正弦波整形波图由此可见 74HC14 的整形时间有限到 25M 就难以整形，实际电路中 74HC14仍然可以整形 25M 正弦波，只是波形幅度小失真较大。5图 1-4 实物 25M 整形方波图2 程序设计STM32 定时器 ETR 功能简述ETR: 外部触发输入引脚，如果用外部信号产生触发事件的话，信号就从这个脚进来。时钟来源时钟可以由下列时钟源提供：内部时钟(CK_INT)外部时钟模式 1：外部输入脚(TIx)外部时钟模式 2：外部触发输入(ETR)STM32 的定时器具有计数功能，在实际应用中可以用来对引脚上的输入信号进行统计。其输入信号

6、作为计数时钟，输入引脚为 ETR。TIM_ETRClockMode2Config(TIM2,TIM_ExtTRGPSC_OFF,TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);6使用 ETR 时钟作为计数时钟需要设置为外部时钟模式 2，故调用该函数，在设置时1、关闭预分频：TIM_ExtTRGPSC_OFF 。可选项:TIM_ExtTRGPSC_OFF 0x0000TIM_ExtTRGPSC_DIV2 0x1000TIM_ExtTRGPSC_DIV4 0x2000TIM_ExtTRGPSC_DIV8 0x30002、外部触发极性 ETR 不反相，高电平或上升沿有效：TIM

7、_ExtTRGPolarity_NonInverted。可选项：TIM_ExtTRGPolarity_Inverted 和TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted。3、外部触发无滤波器：0000。TIMx_ETR 和 TIMx_CHx 有什么区别？答：TIMx_ETR 在计数器之前，可以作为计数器的计数时钟，而 TIMx_CHx 在计数器之后。程序流程图如下Comment U1: 7否MAIN函数开启定时器 4（定时 1秒）开启定时器 5（定时 1秒）TIM2 ETR计数（ 4分频 TIM3 ETR计数（ 0分频）TIM4是否计数溢出？TIM3是否计数溢出否Comment

8、U2: 8引脚本系统软件设计部分基于 ARM平台，主要完成频率的测量和显示。充分利用了 stm32高速处理高频信号的能力。程序如下。三、测试方案与测试结果1测试仪器和方案（1）测试仪器：100M Tektronix TDS 1012C-EDU数字示波器25M信号发生器 RIGOL DG4102取出 TIM2-CNT的计数值并计算出频率是取出 TIM3-CNT的计数值并算出频率是LCD显示 LOW,HIG频率值9（2）测试方案：通过定幅值变频率测试频率计的性能；2 测试结果（1）频率适应性测试结果见表 F-1。表 F-1最大相对误差为 11600/25*106=4.65*10(-5)符合题目误差

9、要求。(2)实际测试图F=25M设定（Hz）实测(Hz) 设定（kHz） 实测(Hz) 设定（MHz） 实测(Hz)1 1.0000 10 10000 1 999989100 100 100 99996 5 4999790300 300 300 299995 10 9999680600 600 600 599996 15 14999189900 900 900 899996 25 24999884010F=100KHZF=1HZ(3) 测试结果与分析由各项测试结果可知，该设计很好的完成了基本要求和发挥部分的要求，且大部分误差远远低于题目要求，性能良好。四、总结本频率计的设计采用 STM32 控制器的方案较好的完成了题目所有的基本要求和发挥部分。采用等精度测频，低频和高频的精确度都比较好。对输入信号的进行调理，为软件测频提供了强力的支持。由于 74HC14 的整形波形范围有限，到 25M 以上就开始严重至真，而单片机直接测信号发生器的方波能测到 40M 以上，未来需要在整形和滤波下功夫，争取测到 100M 以上。参考文献【1】用 STM32 触发捕捉实现高速高精度测频 黄春平 中山职业技术学院电子信息工程系，中山 528404【百度文库】