一种多通道频率测量卡的设计与实现.pdf

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1、一种多通道频率测量卡的设计与实现许浩峰，等一种多通道频率测量卡的设计与实现DesignandImplementationofaMulti—channelFrequencyMeasuringModule铸浩碑方弦耋(上海自动化仪表股份有限公司，上海200072)摘要：基于频率测量方法与ARMCortex．M3单片机定时器外设的特点，设计并实现了一种基于该单片机的频率测量卡。该测量卡利用单片机丰富的定时器资源，通过配置定时器的不同工作模式，实现了测量脉冲信号的频率、周期、脉宽及计数等功能。测量卡具有结构简单、易于实现、成

2、本低、通道多、测量精度高和测量范围宽等优点。试验测试证明该测量卡能够满足工业现场测量频率信号的应用。关键词：单片机脉冲计数频率多通道脉冲宽度中图分类号：TH702文献标志码：AAbstract：BasedonthemethodoffrequencymeasurementandthefeaturesoftheperipheraltimerofARMCortex—M3MCU，thefrequencymeasuringmodulebasedonthisMCUisdesignedandimplemented．Byadopti

3、ngrichtimerresoulmesoftheMCU，throughconfiguringdifferentworkingmodesofthetimer．frequencyIperiod，pulsewidthjanbemeasuredandcounted．Themodulefeaturessimplestructure，easyimplementation-lowcost。multiplechannels，highmeasuringaccuracyandwidemeasuringrange，ete．Testmsu

4、hsverifythatthemodulefullymeetstheapplicationoffrequencymeasurementforsignalsinindustrialfields．Keywords：MCUPulsecountingFrequencyMulti-channelPulsewidth0引言测量信号的频率、周期、脉宽等是工业、国防及电力应用等领域的关键技术。目前，频率测量设计主要采用基于硬件FPGA的测量方法¨。与基于MCU的定时器测量方法旧。31。前者测量硬件成本高，并且功能扩展性差。而测量脉冲

5、计数法是测量时间间隔的基本方法，结合ARMCortex·M3定时器的相关特点，在脉冲频率测量时提出了采用可变基准频率的脉冲计数法测量时间间隔的方法，并设计了一种低成本、多通道、多功能、高精度的测量卡。该测量卡可测量信号频率、周期、上升沿下降沿计数等。本文具体介绍了测量原理及软硬件实现方法。试验数据表明，该测量卡实现了1Hz～32kHz范围内信号的精确测量，具有较高的实用价值。1方案概述设计方案选用ST公司的STM32F103单片机作为主控芯片。STM32F103单片机带有4个同步标准定时修改稿收到日期：2011一11

6、一02。第一作者许浩峰(1977一)，男，2004年毕业于上海理工大学流体机械及工程专业，获硕士学位，工程师；主要从事智能化仪表与控制系统软件的研究。《自动化仪表》第33卷第9期2012年9月器，这些定时器基于一个16位自动重载的计数器与一个16位的比较器；具有向上计数、向下计数、中心对齐计数、捕获与比较、输入捕获、PWM输入、强制输出、输出比较等模式功能，配置灵活¨1。该单片机在中断设计方面又有独特之处，当中断发生时，CPU内核直接从中断向量表读取对应的中断向量，而不去判断该中断向量的来源，中断处理时间极短。充分利

7、用该单片机定时器及中断处理的优点，通过配置定时器工作在不同模式下，实现了对脉冲频率、计数、定时器等多种功能的测量。测量卡采用2块STM32与一块STC51单片机的设计方案。STM32MCU用来测量频率信号，单个STM32MCU可测量4路频率信号，2块STM32可测量8路频率信号输入；STC51有2个UART口，其中一个UART与STM32通信，另一个UART口与控制系统通信。测量卡有A0～A，、B。～B，共16个通道，各个通道输入信号由测量模式决定。测量卡测量模式通过控制系统的上位机设置，测量卡根据设置的测量模式计算

8、对应的测量值。①在测量频率模式下，A通道信号为频率信号，B通道信号为复位信号。常态下，B通道为高；如果为低，则表示复位，测量频率信号清零。②在周期模式下，通道的设计与频率模式一致。③在上升沿计数模式下，A通道是83一种多通道频率测量卡的设计与实现许浩峰，等信号输入引脚，B通道是复位信号引脚。B通道常态下为高；如果为低，表示复位信号，计数清零。④