基于STM32的简易移相显示器设计(20170518何英杰)

1、摘要本文是基于STM32的简易移相显示器设计，实现了对波形相位的调整并将相应参数通过OLED显示出来。RC移相是指，电容一通电，电路就给电容充电，一开始瞬间充电的电流为最大值,电压趋于0,随着电容充电量增加,电流渐而变小,电压渐而增加,至电容充电结束时,电容充电电流趋于0，电容端电压为电路的最大值，这样就完成了一个充电周期，如果取电容的端电压作为输出，即可得到一个滞后于电流90度的移相电压。简易移相显示器是利用信号发生器输出正弦波，通过RC电路与运放联系起来组成的全通滤波电路调整波形，采用STM32F103RC微处理器作为控制和测量芯片，将移相后测得的相位差、频率和幅值等从OLED上显示。整个

2、系统的电路结构简单明了，可靠性能高，多次实验测试结果满足基本要求和发挥部分要求。关键字STM32；RC移相；运放；AD检测；OLEDAbstractThisdesignisbasedonthesimpleRCcircuitphaseshiftdisplaythatimplementstheadjustmentandthecorrespondingparametersofwaveformphasethroughtheOLEDdisplay.RCphase-shiftrefersto,capacitancecurrent,circuitforcapacitancecharging,thecharg

3、ingcurrentforafractionofasecondmaximumvalueatthebeginning,thevoltagetendsto0,withtheincreaseofcapacitancechargingquantity,andsmallcurrent,voltagegraduallyincreased,totheendofthecapacitorchargingcapacitorchargingcurrenttendsto0,voltageofthecapacitanceforamaximumofcircuit,thiscompletesachargecycle,ift

4、hecapacitorvoltageasoutput,cangeta90-degreephaseshiftvoltagelagsbehindthecurrent.Simplephaseshiftdisplayistheuseoftheoutputsinewavesignalgenerator,throughtheRCcircuitwithop-ampall-passfiltercircuitadjustswaveform,adoptingSTM32F103RCmicroprocessorasthemeasurementchip,afterphaseshiftmeasurementofphase

5、difference,frequencyandamplitudeontheOLEDdisplay.Thecircuitofthewholesystemstructureissimple,reliableperformanceishigh,theexperimentmanytimestestresultsmeetthebasicdemandsandplayapart.Keywords：STM32，RCphaseshift，Opamp，ADtesting，OLED一、系统方案与理论分析设计基本要求：幅值显示信号源幅值18V，与信号源的幅值一致；频率显示信号源频率在10Hz105Hz，与信号源频率一

6、致;相位显示超前移相90，滞后移相90。方案一一可用积分、微分电路作移相电路。如图1:R微分电路积分电路图1简单的RC移相电路积分电路中:此时，R:0fg其幅频特性：U=Usinwtim1cuU=IUsinwtdt=gcoswt0RC尬wRCVjwCU.U=U.=1厶一tan-1wRCoR+1/jwCiJl+（wRC）2，则：0T90。,可满足滞后移相90；幅值会随着频率增大而衰减，不满足要求，故不采取此电路。方案二为了让输出电压有效值与输入电压有效值相等，改进RC移相电路，将RC与运放联系起来组成有源的移相电路全通滤波电路。和一阶积分、微分电路比，此电路可在全频率范围内输出与输入的电压恒相等

7、，且相位可最高超前、滞后180。如图2：3Jyl-15V严TI?-OPvoc-r-vcc-OU-mitQ-liV起前移相电路461-1JV严I?-OPvcc-vcc-OUout池滞后挙豺目锁各15V图2全通滤波移相电路超前移相时域分析:其中a厶3CU1+jwRC1Z180。2arctg占1f=02nRC当彳=彳0时，=90；当彳=00时，=0；当f=0,=180。滞后移相与此相反。以上移相电路分别包括了土180的移相，在应用时还要注意其应用频率和元件参数的关系，参数选得不同，移相的角度就会不同，一般说来，在靠近某移相电路的极限移相角度附近，其元器件的选择是十分困难的。二、系统仿真与硬件设计2.

8、1multisiml3仿真超前、滞后90电路及仿真波形如图3、图4所示:图4滞后移相90仿真电路及波形T1T2T2T1时同Z.O93sN口曰曰S.as1S5BAa.ogg3.09*9Va.aaav-O.ZOO7-6.ZOOVa.aaav日寸呈标JHi1m=/Divk柚強移m口y/rj话力口(b/a|I通迫出i5S2抽位:口交沛IIaII巨沛IAin.-dBi5V/Div|辻沿1卫匡|BExt丫4ilii站鮎+&】=oJl|lt=s.Il水平:V1士矢IITFJtII自云hit孑1.夕卜馳孟图3超前移相90仿真电路及波形jSS-xscitiSOT2-T1日才间952.090ms9S.2.Q9Qn

9、is0.000sj5B_A2.23-4VZ.2”V0=000V-6.S24VV0.000V日寸基标悽；1nis/tilvX铀位密=石k沏討廖加!*3適追曰IJJ*:5V/DivV:口盍沛irni酉流irni!iS:B汽1曰3七水平:v从波形图可以看出移相前后，幅值相等。22硬件设计简易移相器电路由7个部分组成：(1)控制部分，stm32微处理器做为主控芯片(2)超前和滞后移相电路(3)幅值检测(4)频率检测(5)相位检测(6)档位切换显示部分=|STM32RCT60严1OLED显示1|1档位切换幅值检测相位检测频检测图5简易移相器结构框图简易移相器结构框图如图5：RC移相电路结构：为方便检测，

10、将频率定在1kHz以下，那么取RMAX=5k,C=0.1uf,运放选常用的op07,电路图见图2;档位切换电路：超前与滞后电路之间使用继电器进行切换；幅值检测电路：依据要求，幅值在18V之间，移相前后幅值相等。但stm32微处理器只能检测不超过3.3V的电压信号，因此，在幅值检测之前，加入了电阻比例分压，确保输入到微处理器的电压信号在安全电压以内；相位检测电路：取电源信号和移相输出信号接比较器然后接入与门输入到微处理器处理；总电路图如图6：F图6简易移相器总电路三、软件设计软件部分主要是控制档位切换，相位、幅值和频率测量，将其显示在OLED上。3.1档位切换通过按键切换滞后或者超前移相，并在O

11、LED上显示模式；3.2幅值测量利用ad检测其峰值，然后乘以电阻分压比例的倒数就得到输出波形的峰值；3.3相位检测使用定时器TIM5的捕获功能,通过捕获引脚PA2对输入输出信号经与门74LS08相与后的输出波形进行检测，捕获高电平的时间T2，用原输出的波形高电平时间T3减去T2即可的到相位差的时间(T3-T2)；则相位角=360*(T3-T2)/T1(T1为过零比较波形输出频率)。3.4测量频率T法测量：使用STM32定时器TIM2的捕获功能，设定定时器计数周期Tl(luS)，捕获过零比较上升沿当两次上升沿到来时计算计数的值M。则脉冲频率f=M/T;M法测量：使用STM32的定时器3定时1S,通过TIM2的输入捕获口PAO计算在定时器TIM3