STM32實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)頻

知曉編程

上一章介紹了利用STM32的TIM的捕獲功能實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的方法，但測(cè)量誤差受被測(cè)信號(hào)頻率的影響，不適合測(cè)量頻率變化較大的 。本章將介紹等精度測(cè)頻的方法以及STM32的實(shí)現(xiàn)。

    STM32硬件電路板及仿真器（以STM32F072C8單片機(jī)為例）

    Keil v5以上版本（MDK-ARM）

基本原理
首先看一張圖：

傳統(tǒng)的測(cè)頻方式，閘門放時(shí)間是固定的，閘門時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)Nx不一定是整數(shù)個(gè)，因此會(huì)有一定的誤差，且誤差與被測(cè)信號(hào)頻率有關(guān)。而等精度測(cè)頻的方法，閘門時(shí)間不是固定的，而是被測(cè)信號(hào)的整數(shù)倍。 因此消除了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)的±1誤差，其誤差只與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)Ns的±1誤差有關(guān)。可以看出，閘門時(shí)間越長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)頻率Fs越大，Ns的計(jì)數(shù)值越大，±1誤差的影響就小。在相同的閘門時(shí)間內(nèi)，被測(cè)信號(hào)的頻率Fx=Nx*Fs/Ns。

STM32的實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)頻用到兩個(gè)定時(shí)器，其中一個(gè)定時(shí)器用于產(chǎn)生閘門時(shí)間，另外一個(gè)用于捕獲被測(cè)信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)。
實(shí)現(xiàn)步驟：
TIM1設(shè)置約1秒的閘門時(shí)間。TIM3捕獲到被測(cè)信號(hào)上升沿后，將TIM1計(jì)數(shù)器清零。閘門時(shí)間開始，TIM3開始捕獲計(jì)數(shù)同時(shí)本身計(jì)數(shù)器也開始計(jì)數(shù)。閘門時(shí)間到后，標(biāo)志置位。TIM3檢測(cè)到標(biāo)志置位且捕獲到上升沿后，記錄當(dāng)前捕獲計(jì)數(shù)的值Nx和本身計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值Ns。計(jì)算被測(cè)信號(hào)頻率Fx=Nx*Fs/Ns，其中Fs為定時(shí)器時(shí)鐘頻率48MHz。[/ol]
STM32CubeMX的TIM配置如下：

TIM1作為產(chǎn)生閘門時(shí)間的定時(shí)器，其計(jì)數(shù)周期設(shè)置為47999，時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘，1000分頻。則溢出周期即閘門時(shí)間為1秒，打開溢出中斷：

TIM3作為捕獲被測(cè)信號(hào)的定時(shí)器，其配置如下，通道1設(shè)置為捕獲模式，捕獲上升沿，定時(shí)周期設(shè)置為最大65535，時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘，不分頻。打開中斷（TIM3捕獲和溢出為同一個(gè)中斷）。




程序?qū)崿F(xiàn)：
按照之前介紹的步驟設(shè)置其它外設(shè)，并生成代碼。初始化后，啟動(dòng)TIM1和TIM3中斷。

  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);  HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim3,TIM_CHANNEL_1);編寫中斷回調(diào)函數(shù)。

#define Fs 48000000L  //定時(shí)器時(shí)鐘頻率uint32_t TIM3_Cnt_Value[2];//定時(shí)器3捕獲值uint32_t TIM3_Over_Cnt=0;//定時(shí)器3溢出次數(shù)uint32_t TIM1_Over_Flag=0;//定時(shí)器1溢出標(biāo)志uint32_t Ns,Nx;//標(biāo)志信號(hào)計(jì)數(shù)值  被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)值double Fx;//被測(cè)頻率
//定時(shí)器溢出中斷 void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){
  if(htim->Instance == TIM1)  {    TIM1_Over_Flag = 1;  }  if(htim->Instance == TIM3)  {    TIM3_Over_Cnt++;    if(TIM3_Over_Cnt==0xffffffff)TIM3_Over_Cnt=0xfffffffe;  }
}
//定時(shí)器捕獲中斷void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){  if(htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1)  {    if(TIM1_Over_Flag == 0)    {      __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim1,0);//TIM1清零 開始閘門時(shí)間      TIM3_Cnt_Value[0] = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);      Nx++;    }    else if(TIM1_Over_Flag == 1)//閘門時(shí)間到    {      Nx++;      TIM3_Cnt_Value[1] = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim3);      Ns = (TIM3_Over_Cnt16) + TIM3_Cnt_Value[1] - TIM3_Cnt_Value[0];//計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的計(jì)數(shù)值      TIM1_Over_Flag = 2;//一次測(cè)量完成 標(biāo)志置位    }  }}//計(jì)算被測(cè)頻率void CalcFx(void){  if(TIM1_Over_Flag == 2)  {    Fx = (double)Nx * Fs / Ns;//計(jì)算頻率    Nx=0; //計(jì)數(shù)清零    TIM1_Over_Flag = 0;//標(biāo)志清零，可以開始下一次測(cè)量  }}
在主函數(shù)中調(diào)用CalcFx()函數(shù)即可獲取被測(cè)信號(hào)的頻率。
以上即為利用STM32定時(shí)器實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)頻的全部?jī)?nèi)容，STM32定時(shí)器的功能還有很多，如觸發(fā)ADC采樣、編碼器模式等。不再一一做介紹，下一章開始介紹STM32串口的使用方法，敬請(qǐng)期待。