测频法-----最简单的高频信号测量

详细了解可参考用STM32定时器测量信号频率——测频法和测周法[原创cnblogs.com/helesheng] - helesheng - 博客园目录一、测频法计频法基本公式二、基于STM32F103C8T6实现思路1、PWM信号产生---模拟被测信号2、脉冲计数---测量闸门时间内的脉冲数3、闸门定时和频率计算三、测试流程总结一、测频法计频法基本公式f N / TT 设置的闸门时间本文设置1秒N 在 T 时间内统计到的被测信号脉冲个数f :被测信号的频率单位Hz下文所用频率公式频率 72MHz / (PSC 1) / (ARR 1占空比 CCR /ARR 1二、基于STM32F103C8T6实现思路1、PWM信号产生---模拟被测信号注 : 被测信号可以使用信号发生器平替对应函数PWM_Init()代码使用了定时器TIM2的通道一产生PWM信号信号频率为10KHz 占空比为50%参考代码配置值计算得出// PWM初始化函数使用TIM2_CH1(PA0)输出PWM波形 void PWM_Init(void) { RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //开启TIM2的时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //开启GPIOA的时钟 // GPIO初始化 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 复用推挽输出模式引脚由定时器外设控制 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); // TIM2使用内部时钟源系统时钟72MHz TIM_InternalClockConfig(TIM2); // 配置时基单元 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructture; //滤波器不分频 TIM_TimeBaseInitStructture.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1; // 定时器向上计数模式从0递增到ARR后清零 TIM_TimeBaseInitStructture.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up; // 自动重装载值ARR99计数到99溢出 TIM_TimeBaseInitStructture.TIM_Period 100 - 1; // 预分频器PSC7172MHz/721MHz定时器计数时钟 TIM_TimeBaseInitStructture.TIM_Prescaler 72 -1; TIM_TimeBaseInitStructture.TIM_RepetitionCounter 0; TIM_TimeBaseInit(TIM2, TIM_TimeBaseInitStructture); // 定义PWM输出通道初始化结构体配置TIM2_CH1输出特性 TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; // PWM模式1计数器CCR时输出有效电平计数器CCR输出无效电平 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode TIM_OCMode_PWM1; // 输出极性高有效电平为高电平 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity TIM_OCPolarity_High; // 开启通道输出 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState TIM_OutputState_Enable; // 捕获CCR50控制高电平时长占空比50/10050% TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse 50; // 将通道配置写入TIM2通道1 TIM_OC1Init(TIM2, TIM_OCInitStructure); // 使能TIM2定时器定时器开始计数输出PWM TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); }2、脉冲计数---测量闸门时间内的脉冲数对应函数PulseCounter_Init()测频核心将被测信号作为TIM3计数器的时钟源任意时间间隔内读取的计数值就是这段时间内的脉冲数。void PulseCounter_Init(void) { // 开启TIM3定时器时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // 开启GPIOA时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //GPIO初始化 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // 选择PA6引脚对应TIM3_CH1通道 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_6; // 配置为浮空输入模式用于被测脉冲信号输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 将上述配置写入GPIOA端口 GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); //时基单元 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; // 定时器时钟分频因子DIV1表示不分频 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1; // 计数器工作模式向上计数即信号上升沿计数 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up; // 自动重装值设6553516位定时器最大计数值满值溢出 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period 65536 - 1; // 定时器预分频器为0内部时钟不分频 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler 0; // 重复计数器仅高级定时器有效通用定时器置0即可 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter 0; // 将时基配置写入TIM3 TIM_TimeBaseInit(TIM3, TIM_TimeBaseInitStructure); //输入捕获 TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure; // 选择定时器通道1作为输入通道 TIM_ICInitStructure.TIM_Channel TIM_Channel_1; // 捕获极性上升沿触发计数 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPolarity TIM_ICPolarity_Rising; // 输入信号直连TI1不使用反向通路 TIM_ICInitStructure.TIM_ICSelection TIM_ICSelection_DirectTI; // 输入预分频不分频每一个有效边沿都触发计数 TIM_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler TIM_ICPSC_DIV1; // 输入滤波系数0不进行滤波处理响应速度最快 TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter 0x0; // 将输入捕获配置写入TIM3通道1 TIM_ICInit(TIM3, TIM_ICInitStructure); // 选择定时器内部触发源TI1FP1通道1滤波后的信号 TIM_SelectInputTrigger(TIM3, TIM_TS_TI1FP1); // 配置定时器从模式外部时钟模式1外部脉冲驱动计数器累加 TIM_SelectSlaveMode(TIM3, TIM_SlaveMode_External1); // 使能TIM3定时器 TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); }3、闸门定时和频率计算对应函数 Timer_Init()和TIM4_IRQHandler()使用TIM4生成1秒定时中断作为测频法的闸门时间void Timer_Init(void) { // 开启TIM4定时器时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //时基单元初始化 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure; //不分频 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1; // 计数器模式配置为向上计数数值从0递增到自动重装值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up; // 自动重装值ARR计数到9999后产生更新事件 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period 10000 - 1; // 预分频器PSC得到10kHz计数时钟 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler 7200 - 1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter 0; TIM_TimeBaseInit(TIM4, TIM_TimeBaseInitStructure); // 使能TIM4更新溢出中断计数溢出时触发中断 TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE); // NVIC 中断优先级配置 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 设置中断优先级分组2 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel TIM4_IRQn; // 设置TIM4中断抢占优先级为0优先级最高 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 0; // 设置TIM4中断子优先级为0 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority 0; // 使能TIM4中断通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd ENABLE; NVIC_Init(NVIC_InitStructure); // 使能TIM4定时器定时器开始计数1秒闸门计时启动 TIM_Cmd(TIM4, ENABLE); }闸门时间结束进入中断从而得出被测信号频率void TIM4_IRQHandler(void) { // 判断是否为TIM4更新溢出中断1s计时到标志位 if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update) ! RESET) { TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update); // 清除中断标志位 // 读取 TIM3 当前的计数值即过去 1 秒内的脉冲数 Frequency TIM_GetCounter(TIM3); // 清零 TIM3 计数器准备下一秒的测量 TIM_SetCounter(TIM3, 0); } }三、测试流程PWM_Init() --- PA0产生10KHz的被测信号PulseCounter_Init() --- TIM3配置为外部脉冲计数器接收PA6上的信号Timer_Init( --- TIM4开始1秒计时使能中断并读取TIM4内CNT的值可用OLED显示频率值或进行串口打印检测硬件连接将PA0PWM输出信号接到PA6计数器输入运行结果所得频率为10KHz存有正负1误差总结优点硬件简单高频信号测试精度高缺点最大测量范围收到16位的计数器限制低频信号误差大以上是基于 STM32 定时器的“外部时钟模式 1”和“更新中断”实现了由硬件计数的测频法。文章还有很多的不足之处欢迎大佬们提出并修正。