stm32测量信号频率及占空比

基于stm32f103单片机对信号频率、占空比的测量。

最近开始仪器仪表方面的学习了，计划后期做一个示波器。所以这周就在stm32f103上面做了一个测量频率、占空比的小设计。总体上精度还是比较高的，测量频率量程在35Hz—190KHz。频率可以精确到小数点后四位，占空比测量的精度也比较高，可以到小数点后两位。
说到用stm32测频率，都会想到用定时器的输入捕获模式，只需要一个定时器和一个IO口即可，前几天在论坛上看到还有一种是用两个定时器测频率，一个定时器用来检测信号跳变沿，另外一个用来精准定时，比如说用TIM1检测跳变沿（假设为上升沿），TIM2开一个1s的定时器中断，这个1s就比较准确，在1s内TM1检测到了多少个上升沿改信号的频率就是多少。这种方法我本周二试过，精度比输入捕获模式下的高，而且还比较稳定，缺点是用到了两个定时器，占用的cpu资源较多。考虑到我后面任务需要，定时器可能会不够用，故还是用的输入捕获模式。

实验平台：stm32f103zet6
定时器及通道：TIM2的通道2
IO口：PA1

定时器及输入捕获模式的配置：

u8 Edge_Flag;  //高低电平的标志位
u16 Rising,Falling,Rising_Last;   

//定时器2输入捕获中断初始化
void TIM2_Cap_Init()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;   
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStruct;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;   //浮空
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);
	
	TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
	TIM_InitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;  //向上计数
	TIM_InitStruct.TIM_Period=0xffff;
	TIM_InitStruct.TIM_Prescaler=0;                //分频系数 当分频系数越大时，可测量频率最小值越小
	TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_InitStruct);
	
	TIM_ICInitStruct.TIM_Channel=TIM_Channel_2;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter=0x00;         //不滤波
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPolarity=TIM_ICPolarity_Rising;     //第一次是检测上升沿进入中断
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICPrescaler=TIM_ICPSC_DIV1;
	TIM_ICInitStruct.TIM_ICSelection=TIM_ICSelection_DirectTI; //直接映射
	TIM_ICInit(TIM2,&TIM_ICInitStruct);
	TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_CC2,ENABLE);
	
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x00;    //抢占优先级
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01;          //响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
	TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);     //使能
}

定时器2的中断服务函数：

void TIM2_IRQHandler(void)
{ 
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_CC2)!=RESET)    //捕获到上升沿
	{
		if(Edge_Flag==1)
		{
			Rising=TIM2->CCR2;    //第一次检测到下降沿
			TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising);  //再次改为上升沿触发
			Edge_Flag++; 
		}
		else if(Edge_Flag==2)
		{
			Rising_Last=TIM2->CCR2;
			TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Rising);
			Edge_Flag=0;     //标志位清0
			TIM_SetCounter(TIM2,0); //定时器清0
		}
		else
		{
			Falling=TIM2->CCR2;     //第一次检测到上升沿
			TIM_OC2PolarityConfig(TIM2,TIM_ICPolarity_Falling);    //将上升沿触发改为下降沿触发
			Edge_Flag++;
		}
	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_CC2);    //清除标志位
}

输入捕获模式下，中断服务函数里面处理的内容要尽量少，所以在记录定时器捕获到值时，直接将TIM2的CCR2寄存器里面的值赋值给相应变量。

主函数：

int main(void)
{	
	delay_init();    //延时函数初始化	  
	
	OLED_Init();  //oled屏幕初始化
	OLED_On();
	OLED_Clear();
	
	TIM2_Cap_Init();   //定时器初始化

    while(1)
	{			
		OLED_ShowString(0,0,"Freq:",16);
		OLED_ShowString(100,0,"Hz",16);
		OLED_ShowNum(50,0,72000000/(Rising_Last-Falling),6,16);
		OLED_ShowString(0,2,"Duty:",16);
		OLED_ShowString(95,2,"%",16);
		OLED_Showdecimal(50,2,(float)(Rising-Falling)/(float)(Rising_Last-Falling)*100,2,3,16);
		delay_ms(100);
	}		
}

变量Rising_Last为第二次检测到上升沿捕获到的值，Falling为第一次捕获到的值，两者之差为定时器计数的数值差，根据TIM_Prescaler=0（即不分频），主频为72M，频率f=72M/（Rising_Last-Falling）。而Rising-Falling为高电平的时间，除以一个周期就是占空比了。

实验现象
频率10K，占空比60%

频率102.56K，占空比33%

可见效果还是挺不错的，但是这种办法包括上面讲到的双定时器法都有一个缺点，那就是当信号幅度小于2v时，单片机就检测不到跳变沿。外部还需要硬件对信号进行适当放大。也是前几天，在论坛上看到有人提出一个测频率的叫过零检测法，用ADC读信号电压值，ADC值为0时进行记录，再次为0就相当于经过了半个周期。计算两次ADC为0的时间差，就可以计算出信号的频率，这种方法不会受限于信号幅度大小。原理也比较简单，相关程序我也正在写，等测试没问题后我再发出来和大家分享！