频率测量方法及STM32代码示例

原创玩转单片机与嵌入式 2023-11-04 11:45

构建AI未来，Arm计算平台无处不在 精密双向电流传感放大器：精准测量，守护电流安全

▼点击下方名片，关注公众号，获取更多精彩内容▼

欢迎关注【玩转单片机与嵌入式】公众号，回复关键字获取更多免费视频和资料

回复【加群】，【单片机】、【STM32】、【硬件知识】、【硬件设计】、【经典电路】、【论文】、【毕业设计】、【3D封装库】、【PCB】、【电容】、【TVS】、【阻抗匹配】、【资料】、【终端电阻】、【Keil】、【485】、【CAN】、【振荡器】、[USBCAN]、【PCB】、【智能手环】、【智能家居】、【智能小车】、【555】、【I2C】、【华为】、【中兴】，等……

频率测量是在电子和通信领域中非常重要的任务，用于确定信号的周期性和事件的发生率。在本文中，我们将介绍两种常用的频率测量方法：计数法和周期法，并提供与STM32微控制器的示例代码，以帮助你在实际应用中进行频率测量。

计数法

计数法是最简单的频率测量方法之一，它通过直接计数事件发生的次数，并与时间相关联来计算频率。其原理如下：

首先，我们选择一个时间窗口，通常使用计时器来测量。时间窗口可以是任意合适的时间段，例如1秒。

在这个时间窗口内，我们记录事件发生的次数，这可以通过外部事件触发器、传感器或计数器来实现。

最后，我们使用以下公式计算频率：

计数法的优点是简单易懂，适用于大多数应用场景。对于STM32微控制器，你可以使用内部计时器来实现计数法。

以下是一个基本的STM32代码示例，用于频率测量：

#include "stm32f4xx.h"
int main() {    // 初始化时钟和计时器    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;    TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 84 - 1; // 设置预分频器，使计时器频率为1 MHz    TIM_InitStruct.TIM_Period = 1000000 - 1; // 设置定时器周期为1秒    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStruct);
    // 启动计时器    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    // 初始化事件计数器    uint32_t eventCount = 0;
    while (1) {        if (/*检测事件发生*/) {            eventCount++;        }
        if (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update)) {            // 时间窗口结束，计算频率            float frequency = (float)eventCount / 1.0;            // 重置计数器和标志            eventCount = 0;            TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);        }    }}

周期法

周期法是另一种常用的频率测量方法，特别适用于周期性信号的测量。其原理如下：

我们首先测量一个完整的信号周期所需的时间。这可以通过检测信号的上升沿或下降沿来实现。

然后，使用以下公式来计算频率：

周期法对于周期性信号非常有效，因为它提供了更高的测量精度。在STM32中，你可以使用外部中断或捕获模式来实现周期法。

以下是一个简单的STM32代码示例，用于周期法测量：

#include "stm32f4xx.h"
// 定义全局变量来存储周期时间uint32_t periodTime = 0;
// 外部中断初始化函数void EXTI_Config(void) {    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    // 使能外部中断线    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOA, EXTI_PinSource0); // 使用GPIOA引脚0
    // 配置外部中断线0    EXTI_InitStruct.EXTI_Line = EXTI_Line0;    EXTI_InitStruct.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;    EXTI_InitStruct.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; // 可以根据信号的边沿配置    EXTI_InitStruct.EXTI_LineCmd = ENABLE;    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
    // 配置外部中断中断向量    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);}
// 外部中断中断处理函数void EXTI0_IRQHandler(void) {    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {        static uint32_t startTime = 0;        uint32_t endTime = 0;
        if (startTime == 0) {            startTime = TIM_GetCounter(TIM2);        } else {            endTime = TIM_GetCounter(TIM2);            periodTime = endTime - startTime;            startTime = endTime;        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);    }}
int main() {    // 初始化时钟和定时器    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;    TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = 84 - 1; // 设置预分频器，使计时器频率为1 MHz    TIM_InitStruct.TIM_Period = 0xFFFFFFFF; // 最大定时器周期    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_InitStruct);
    // 启动定时器    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    // 初始化外部中断    EXTI_Config();
    while (1) {        // 在外部中断中测量一个完整信号周期的时间
        // 计算频率        float frequency = 1000000.0 / (float)periodTime; // 1秒 = 1000000微秒    }}