基于单片机的多功能测量仪的设计

2017-05-18 09:22:02北方工业大学电子信息工程学院通信工程系

电子世界 2017年9期

北方工业大学电子信息工程学院通信工程系代勇

基于单片机的多功能测量仪的设计

北方工业大学电子信息工程学院通信工程系代勇

单片机作为检测仪器在嵌入式中应用十分广泛。随着时代的发展，单片机的功能越来越强大。基于stm32系列开发板的丰富的外围设备，使我们对于各种系统的仿真模拟也越来越广泛。本系统则是利用stm32作为控制核心，利用其自带的外围设备进行模拟多功能测量仪的实现。在误差允许的前提下可以进行幅度，频率，以及占空比等测量，在检测pwm波时还可以进行倍频输出的功能。

嵌入式；倍频输出；频率测量，幅度测量

1.引言

目前利用单片机进行测量各种模拟信号的数字特性已不再稀奇，毕竟目前嵌入式和最小系统甚是流行且发展极快。体积小，性能强，功耗低已经是嵌入式器件的代名词。嵌入式系统将先进的半导体技术，计算机技术和电子技术，以及各个行业结合，是一个技术精密，学科交叉和不断创新的知识集成系统。本系统具有更高的集成度，更加方面快捷，足以满足我们日常的生活需求。

2.系统硬件设计

2.1 系统结构

本系统主要由以下模块组成，采集信号模块，通信模块，定时器模块，人机交互模块等，由图1所示。本系统的工作的原理大致为：首先几路信号经过调理电路调理后进入模拟通道1和2等。然后在测量电压时，经过模数转化器转化为数字信号。在一定时间内比较出最大值，即为信号幅值。在测量频率时，利用定时器中断测量频率，即上升沿和下降沿的时间来计算出信号的频率与占空比。再利用通用定时器发出双倍频的信号。开关输入的变量是通过后I/O输入，stm通过中断的方式读取。数据处理后可由LCD屏幕直接显示。为了是数据显示更加直观，通过USB转串口与上位机相连。

图1 系统原理

图2 MCU主控模块的管脚原理图

2.2 STM32的片上资源

本设计的微控制器采用STM32单片机。STM32系列单片机是基于ARM公司Cortex-M3内核设计的是专门设计于满足集高性能、低功耗、实时应用、具有竞争性价格于一体的嵌入式领域的要求。本次系统采用的是32F103RBT6主控模块（如图2所示），其中芯片具备有内置的128KB的Flash2X12位的ADC、4X16位TIMER以及2XSPI(18Mbit/s)，3XUART,通讯接口等多种资源。另外其A DC 为逐次逼近型模数转换器 , 各通道的转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行 ,转换结果以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成，每个定时器都是完全独立的，没有互相共享任何资源。它们可以一起同步操作。并且通用定时器可以设置为向上、向下、向上/向下自动装载计数。模拟输入管道的。

2.3 频率（PWM）采集模块

本次实验使用了通用定时器TIM2和TIM3，他们捕获通道都是围绕着一个捕获寄存器，包括捕获的输入部分(数字滤波、多路复用和预分频器)，和输出部分(比较器和输出控制)。在这里只展示了通道一的输入部分。下面几张图是一个捕获通道概览。当前工作在输入捕获模式下，输入的部分对TL1信号进行采样，TL1F则表示滤波后的信号。利用边缘检测器产生一个TL1FP1的信号，利用此信号，从模式控制器可以产生输入触发或作为捕获控制。当通道检测到ICx信号上相应的上升或下降沿后，计数器的当前计数值被锁存到捕获寄存器TIM2_ CCRX中，当连接TL1上时写入寄存器TIM2_CCR1中，连接TL2时写入寄存器CCR2中。倍频输出则是采用的脉冲宽度调制模式，在此模式下可以产生一个可以确定的频率和占空比的信号。