STM32F103详细频率测量过程
前言本项目是做一个测量频率的仪器设备 ，初衷是为了测量正弦、三角、方波等信号的频率，由于设备限制，该文章仅限于方波频率的测量。本次测量频率的范围在5M以内，误差大约在0.005‰。
提示：以下是本篇文章正文内容
一、测频方法？
测频一般有外部中断测量频率、定时器测频（PWM频率捕获）、外部计数器等。
外部中断测频是使用最多最容易实现的，其测量原理也十分简单：
当外部检测到上升沿时触发中断，此时开启定时器，进行计时；当检测到第二个上升沿时结束计时，该时间便是一个周期的时间，由此可以得到频率。
PWM输入捕获可查看STM32F103不完全手册，在此不做介绍
外部中断测频的缺点十分明显：当频率过高时，MCU频繁进入中断，导致其测量精度下降。
（可以如此理解：当第一个周期的方波来了，系统进入中断，此时刚准备开启定时器，第二个周期的方波也来了，此时就会错过该周期，直接到第三个周期，最后算出来的结果就是不正确的。
有人可能就说，既然算出来的是第一个周期到第三个周期，那你将算出来的T取一半不就行了？？这就是本末倒置了，你事先并不知道会错过几个周期！！）。 本次重点说明外部计数器是如何实现的频率测量。依据测频原理：采用两个定时器，一个用作定时记为①，一个用作计数记为②。①用于频率相对较低的信号，进行精准定时，②用于频率相对较高的信号，用于得到定时期间测脉冲值。
在被测信号上升沿来临时开始计时，同时开启计数（两者顺序无要求），下一次上升沿来临时先停止计数，再停止计时（此时的顺序必须先停止计数再停计时）。由此便可计算频率。
二、代码实现
1.定时器初始化
定时器使用的TIM2的外部脉冲计数
GPIO口初始化及定时器初始化：
void TIM2_Cap_Init(void) //配置 TIM2_CH1_ETR 为外部脉冲计数
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0); //PA0 下拉
//初始化定时器2 TIM2
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 0xFFFF; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0; //预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM2,TIM_TS_ETRF); //配置外部触发，否则不会计数
TIM_ETRClockMode2Config(TIM2, TIM_ExtTRGPSC_OFF, TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted, 0);
TIM_SetCounter(TIM2, 0);
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE ); //使能定时器
}
重点部分解释：TIM_ITRxExternalClockConfig(TIM2,TIM_TS_ETRF); //配置外部触发，否则不会计数
本次采用的3)，此处若想继续了解，可联系我一起进行学习探讨，下图摘选的系统外部中断配置的解释。
2.计数器的配置
代码如下：void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 计数到5000为500ms
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值10Khz的计数频率
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_ITConfig(//使能或者失能指定的TIM中断
TIM3, //TIM2
TIM_IT_Update ,
ENABLE//使能
);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;//TIM3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//先占优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;//从优先级3级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);//使能TIMx外设
}
该处采用的定时器3进行配置。 3.中断服务函数//定时器3中断服务程序
void TIM3_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!= RESET) //检查TIM5更新中断发生与否
{
TIM2CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCounter(TIM2); //读取单位时间内计数器计的CNT值
TIM_Cmd(TIM2,DISABLE ); //失能定时器2
TIM_Cmd(TIM3,DISABLE ); //失能定时器3
TIM_SetCounter(TIM2, 0);
flag++;//
CNT+=TIM2CH1_CAPTURE_VAL+overflow*65535;
overflow=0;
//printf("%d \r\n",CNT);
if(flag<200)
{
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE ); //使能定时器2
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE ); //使能定时器3
}
else
data_output();
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
}
需要继续说明的是：一定先关计数，再关计时，能够减小误差！ 其中data_output函数是数据输出，我为了方便直接串口发送数据，若有其他需要可以在data_output函数中添加OLED或LCD显示。
CNT+=TIM2CH1_CAPTURE_VAL+overflow65535;* 进行解释一下：在一个计时周期内，最终的计数值=定时器内的计数值＋溢出次数*65535。 由前面定时器的配置可以知道，每次定时为5ms，因此累加200次后的计数值，就是1s的计数值，那么此时的计数值就是所要测得的频率！
void TIM2_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!= RESET) //检查TIM2更新中断发生与否
overflow++;
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
由前面定时器的配置可以知道，每次定时为5ms，因此累加200次后的计数值，就是1s的计数值，那么此时的计数值就是所要测得的频率！
void TIM2_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!= RESET) //检查TIM2更新中断发生与否
overflow++;
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
4.误差说明void data_output()
{
if(CNT<10000)
printf("%d \r\n",CNT);
else
{
cnt=CNT*(1+0.00019);
printf("%d \r\n",cnt);
}
TIM_SetCounter(TIM2, 0);
TIM_SetCounter(TIM3, 0);
CNT=0;
flag=0;
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE ); //使能定时器2
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE ); //使能定时器3
}
按照测量原理，在测量过程中理论误差在《电子测量原理》一书中有所阐述，也可联系我进行浅显讨论，本文仅针对实际结果进行简要分析。
测量过程中发现在高于50K开始出现明显偏差，将实际值和理论值进行列表分析后发现，两者之间存在一定的线性关系，因此在data_output()函数中进行了线性修正cnt=CNT*(1+0.00019)。
产生原因可能如下：①频率过高时系统频繁进入中断，导致1s累计的误差越来越多；②频率过高时，在开启定时和开启计数器之间，遗漏了部分周期，且频率越高遗漏越多，因此在低频时不易发现；③系统本身会有一定的计数误差，并且存在的±1误差在累计200次后，也会有一定影响。 三、测试数据及现象
页:
[1]
2