基于tm4c123系列单片机的频率测量系统设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 基于 TM4C123 系列单片机的频率测 量系统设计 【摘 要】随着电子技术的不断 发展，对精确的频率测量提出了越来越 高的要求。TM4C123 系列单片机是由 ARM 公司推出的基于 ARMv7 架构的 高性能、低功耗 32 位处理器，具有高 效的信号处理及浮点运算功能。设计基 于 TM4C123 单片机的频率测量系统， 通过周期性矩形脉冲产生的上升沿或下 降沿中断来捕获相关的频率信息。具有 结构简单、测量精度高、系统成本低等 优点。 中国论文网 /8/view-12932743.htm 【关键词】频率测量； TM4C123；单片机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号： F426.63 文献标 识码： A 文章编号： 2095- 2457（2017）26-0037-002 Design of Frequency Measurement System Based on TM4C123 Microcontroller Qian Xin-hong （Zhejiang University Tongji University， Jiaxing Zhejiang 314051，China） 【Abstract】With the continuous development of electronic technology， more and more high requirements are put forward for accurate frequency measurement. The TM4C123 family of microcontrollers is a high-performance， low-power， 32-bit processor based on the ARMv7 architecture from ARM Corporation with efficient signal processing and floating-point arithmetic. The frequency measurement system based -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 on TM4C123 is designed to capture the relevant frequency information by the rising or falling edge of the periodic rectangular pulse. Has the advantages of simple structure， high measurement accuracy， low system cost. 【Key words】Frequency Measurement； TM4C123； SCM l 率测量系统主要有外围辅助 模块和单片机主控模块两部分组成。 1 辅助模块 外围辅助模块：主要由运放模块， 整形模块，分频模块，显示模块组成。 系统方框图如图 1 所示。 （1）运放模块：输入的待检测 信号能量有可能很微弱，需要使用放大 电路将小信号放大。故采用 OPA 系列 中的 OPA2365（2.2V、50MHz 低噪声 单电源轨至轨运算放大器）搭建运算放 大电路，其单位增益频带宽度为 50MHZ，相应放大倍数时的信号失真率 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 较少，并且其芯片与单片机输出电压相 匹配，较为方便。 （2）整形模块：在数字测量系 统中，由传感器送来的信号波形边沿较 差，并且单片机只能对脉冲波进行计数， 而实际待测频率信号是多种多样的，有 脉冲波、正弦波、三角波等等，所以需 要一个整形电路，把待测信号转化为可 以进行计数的脉冲波。利用 tlc372（双 路通用 LinCMOS 差动比较器）搭建过 零比较器，其阈值电压为 0V，集成运 放工作在开环的状态，输出的电压为 +Uom 或者-Uom 。当输入电压小于 0V 时，Uo=Uom；当输入电压大于 0V 时， U0=-Uom。整形电路使正弦波变成方波。 整形波形如图 2 所示。 （3）分频模块：考虑到单片机 的计数器的计数能力有限，无法对过高 频率进行测量，所以对待测信号先进行 了十分频，提高测量频率的范围，还能 改善频率测量的精度。利用 74LS161、7400N 和触发器 7474N 组成 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 一个分频电路，74LS161 芯片有计数的 功能，再利用 7400N 的与非门接上 7474N 的触发功能就形成了一个简单的 分频电路。 （4）显示模块：LED 液晶显示 屏的显示功能强大，可显示大量的文字、 图形，比较多样化。但是价格昂贵，而 且需要的接口也比较多，所以此系统不 采用 LED 液晶显示屏。而是采用有显 示功能的 LCD，厚度薄、重量轻、功耗 低、工作电压低、无辐射无闪烁还能直 接与 COMS 集成电路匹配，相对于 LED 液晶显示价格便宜且接线简易易于 控制。 整个外围辅助模块的电路如图 4 所示： 2 单片机主控模块 将上述分频模块得到的方波脉冲 信号接入单片机的 gpio 口，利用单片机 的外部中断和定时器中断，便可设计频 率测量算法。 测量方法的选择： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 （1）定时法：又称测周期法， 是一种间接测量方法，利用周期和频率 互为倒数的关系，通过测量待测信号的 周期来获得它的频率，将待测信号转化 成矩形波，加定时器/计数器 T1 的输入 脚及外部中断 INT1 口，当 GATE1=1，TR1 为 1 时，只有 INT1 引 脚输入高电平时 T1 才被允许计数，利 用 GATE1 的这个功能可以测量 INT1 引脚上正脉冲的宽度，通过数据处理变 换成频率值1。 （2）计数法：所谓频率就是周 期性信号在单位时间（1s）内变化的次 数，若在一定时间间隔 T 内测得这个周 期性信号的重复变化次数为 N，则其频 率可表示为 f=N/T2。计数法测量频率 实际上就是在 1s 时间内对信号进行计 数，计数值 N 就是信号频率。利用单片 机的两个定时器 Timer 1A 和 Timer 1B，可以用 Timer 1A 来定时，Timer 1B 对整形后的矩形脉冲信号上升沿进 行计数，计数结果自动保存在寄存器中。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 两者均应该工作在中断方式 ， Timer 1A 中断用于实现定时 1s，Timer 1B 中 断用于扩展计数器溢出。当 Timer 1A 定时 1s 到达，通过中断停止 Timer 1B 的计数，从计数器中读出测量的数据。 本系统采用第二种方法，软件流 程如图 5 所示。 定时器 Timer1 中的 Timer 1A 和 Timer 1B 同时启动，用于测量输入 频率。Timer 1A 采用捕获模式响应输入 信号的硬件中断，而 Timer 2B 设定为 溢出计时的工作模式。 根据不同的输 入频率计算输入信号的周期，并换算得 到信号频率。如图 6 所示， 输入信号 上升触发可以得到