使用stc32g12k128單片機(jī)的高精度脈沖頻率測(cè)量例程

ID:1039438 · 發(fā)表于 2022-10-9 16:38

使用mcu對(duì)脈沖頻率進(jìn)行測(cè)量有多種方法，最基本的是定時(shí)長(zhǎng)脈沖計(jì)數(shù)法和周期測(cè)量法。其中定時(shí)長(zhǎng)計(jì)數(shù)法適合高頻脈沖測(cè)量，其測(cè)量能力和精度由Mcu的端口速度和系統(tǒng)時(shí)鐘限定。周期測(cè)量法適合低頻端脈沖測(cè)量。這兩種方式在中間頻率上都存在明顯的誤差。
本例程給出了一種基于stc32g12k128的頻率測(cè)量方法。采用系統(tǒng)時(shí)鐘11059200HZ時(shí)適合頻率是200HZ——900KHZ。根據(jù)需要可以向高端或低端擴(kuò)展，是一種簡(jiǎn)單的寬頻率范圍的測(cè)量程序。
本例程在提高測(cè)量精度方面是從三個(gè)角度著手。一是兩端對(duì)齊，就像用尺子測(cè)量棍子時(shí)所做的，把棍子兩端與尺子的刻度對(duì)齊，方能測(cè)量準(zhǔn)確。在測(cè)量時(shí)把脈沖信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)正確對(duì)齊，來(lái)提高測(cè)量精度。二是采用雙精度時(shí)鐘，這與游標(biāo)卡尺的原理相似，一個(gè)大刻度尺子粗測(cè)，一個(gè)小刻度尺子用來(lái)精測(cè)。三是增加測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)度。取較長(zhǎng)的時(shí)間測(cè)量，可以使誤差相對(duì)去減小。
例程中使用PWMA的ccp1通道的外時(shí)鐘模式一對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，信號(hào)輸入在P1.0口，定時(shí)器T0做主時(shí)間定時(shí)，使用12T模式，初值為0，以獲得更多測(cè)量時(shí)長(zhǎng)。定時(shí)器T1進(jìn)行精測(cè)計(jì)時(shí)，采用1T模式，以提高測(cè)量精度。利用PWMA的上升沿中斷來(lái)啟動(dòng)和結(jié)束計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，獲得好的對(duì)齊效果。
在需要向高頻端擴(kuò)展時(shí)，可以提高系統(tǒng)時(shí)鐘頻率（如改為33177600）和對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行分頻（當(dāng)前未開(kāi)分頻，可以分頻值為2—8分頻），把測(cè)量頻率的上限擴(kuò)展到20M以上，這時(shí)的限制在于mcu端口本身的速度。需要向低頻端擴(kuò)展時(shí)，可以把T1定時(shí)器改為12T模式，測(cè)量頻率下限則為15HZ。
擴(kuò)展時(shí)還需要修改程序內(nèi)的兩個(gè)計(jì)算常數(shù)。如果想同時(shí)向兩個(gè)方向擴(kuò)展，則需要修改程序流程，增加頻段選擇的相關(guān)操作。
如果想進(jìn)一步提高測(cè)量精度，則需要采用外置高精度高穩(wěn)定度晶振。并對(duì)程序中影響測(cè)量精度的語(yǔ)句進(jìn)行補(bǔ)償（給T1定時(shí)器設(shè)一個(gè)初值）。相信該例程本身能夠滿足專業(yè)測(cè)量頻率的需要。
下面給出例程主體，包括主程序和配置程序。未列出的程序包括顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序和各種頭文件。在附件中有完整程序供初學(xué)者參考和使用。
附圖中顯示屏上的第二行為被測(cè)頻率的計(jì)數(shù)值，第三行為兩個(gè)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值之和。被測(cè)頻率的計(jì)數(shù)值會(huì)出現(xiàn)正負(fù)一個(gè)數(shù)的變動(dòng)，定時(shí)器測(cè)量值也會(huì)隨之變動(dòng)，但測(cè)結(jié)果不受影響。

單片機(jī)源程序如下:
#include "STC32G.H"
#include "stc32_12864driver.h"
#include "mcu_initial.h"
#include "initial_lcd.h"
#include "chinese_zhouqi.h"
unsigned long int cnt1=10,cnt2,cnt3;//cnt1的初值是為指示程序是否進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。cnt2，cnt3是調(diào)試時(shí)用到的參數(shù)
bit first=0;//程序走向控制參數(shù)，初值不影響測(cè)量結(jié)果
void main(void)
{
      mcu_initial();
      initial_lcd();
      clear_screen();
transfer_chine_word(1,0,pin);
transfer_chine_word(1,16,lu);
      PWMA_SR1=0;//中斷標(biāo)志位清零
      PWMA_CR1|=0x01; //使能計(jì)數(shù)器
      PWMA_IER=0x02;//開(kāi)捕獲中斷,用于捕獲第一次中斷
      while (1)
{
      digit6_display(1,32,(cnt1*(1105920000/(cnt3+1)))/100);//輸出頻率
      digit6_display(3,32,cnt1);//顯示精確捕獲計(jì)數(shù)
      digit6_display(5,32,cnt3);//顯示總計(jì)時(shí)器值，該值以1T的精度顯示超過(guò)12T的定時(shí)計(jì)數(shù)值
}
}
void t0_isr() interrupt 1 //定時(shí)
{
      TR1=1;
      TR0=0;
      PWMA_SR1=0;//中斷標(biāo)志位清零
      PWMA_IER=0x02;//開(kāi)捕獲中斷，用于捕獲第二次中斷
}

void PWMA_isr() interrupt 26//用來(lái)啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)器，輸出測(cè)量數(shù)值
{
first=!first;
      if(first)
{
      TR1=0;//停定時(shí)器
      cnt1=(PWMA_CCR1H<<8)+PWMA_CCR1L; //CCp1 捕獲值輸出
      cnt2=(TH1<<8)+TL1;//讀計(jì)時(shí)器
/*
      cnt2=TH1;
      cnt2=(cnt2<<8);
      cnt2=cnt2+TL1;
      */
      cnt3=cnt2+(65535*12);       //兩個(gè)定時(shí)器的計(jì)時(shí)值之和
      //下一次測(cè)量的初始化
      TL1 = 0x00;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      TH1 = 0x00;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      TL0 = 0x00;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      TH0 = 0x00;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      PWMA_EGR|=0x01;//產(chǎn)生一次更新事件，可用來(lái)使計(jì)數(shù)器初始化，硬件自動(dòng)清零
      PWMA_SR1=0;//中斷標(biāo)志位清零
      PWMA_IER=0x02;//開(kāi)捕獲中斷，用于捕獲第一次中斷
      PWMA_CR1|=0x01; //使能計(jì)數(shù)器
}
else
{
      TR0=1;//開(kāi)T0定時(shí)器
      PWMA_SR1=0;//中斷標(biāo)志位清零
      PWMA_IER=0;//關(guān)捕獲中斷
}

}
#include "mcu_initial.h"
#include "STC32G.H"
void mcu_initial(void)
{
P_SW1=0x04;//選擇P2.2，2.4，2.4.2.5輸出SPI
EAXFR = 1; //使能訪問(wèn) XFR
CKCON = 0x00; //設(shè)置外部數(shù)據(jù)總線速度為最快
WTST = 0x00; //設(shè)置程序代碼等待參數(shù)，
      P1M0=0x00; //P1配置為高阻,其中的P1.6為雙向。P1.0輸入被檢測(cè)脈沖
      P1M1=0xbf;
            P2M0=0xFF;//P2為推挽，其實(shí)雙向模式也可
      P2M1=0x00;
      P3M1|=0x04;
      P3M0&=0xfb;//把P3.2設(shè)置為高阻端，用于外部模式二輸入被測(cè)信號(hào)，本程序中沒(méi)用到

      AUXR &= 0x7F;             //定時(shí)器0時(shí)鐘12T模式
      TMOD &= 0xF0;             //設(shè)置定時(shí)器模式
      TL0 = 0;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      TH0 = 0;             //設(shè)置定時(shí)初始值4ms,11M
      TF0 = 0;             //清除TF0標(biāo)志

      AUXR |= 0x40;             //定時(shí)器1時(shí)鐘1T模式
      TMOD &= 0x0F;             //設(shè)置定時(shí)器T1模式
      TL1 = 0x00;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      TH1 = 0x00;             //設(shè)置定時(shí)初始值
      TF1 = 0;             //清除TF1標(biāo)志

      HSSPI_CFG2=0X20;//開(kāi)高速SPI模式，方便使用33M時(shí)鐘
      SPSTAT=0x00;
      SPCTL=0xd3;

      MCLKOCR=0x82;//P1.6輸出2分頻系統(tǒng)時(shí)鐘，提供一個(gè)方便的測(cè)試信號(hào)源

//外部模式一
      PWMA_PS=0x00;//選擇P1.0輸入外部信號(hào)
      PWMA_CCER1=0x00;//關(guān)cc1通道，準(zhǔn)備寫(xiě)CCMR1
      PWMA_CCMR1=0x01;//PWMA_CCMR1.CC1S=01//IC1映射在TI1FP1上。設(shè)置為輸入模式，關(guān)濾波，關(guān)預(yù)分頻器
      PWMA_CCER1=0X01;//選擇cc1p上升沿極性.使能cc1p
      PWMA_SMCR=0x57;//選中外部觸發(fā)輸入。上升沿觸發(fā),復(fù)位模式，輸入通道在TI1FP1，資料參考值為0x57
      PWMA_SR1=0;//中斷標(biāo)志位清零
      PWMA_SR2=0;//重復(fù)捕獲中斷標(biāo)志位清零

      EA=1;
      ET0=1;
}

ID:1017706 · 發(fā)表于 2022-10-12 14:57

不錯(cuò)，我過(guò)來(lái)看看學(xué)習(xí)下

ID:1047952 · 發(fā)表于 2022-10-17 08:48

這用到了 STC-ISP 的調(diào)試顯示接口了，畢竟普通的 LCD 顯示能力太弱了

ID:1038726 · 發(fā)表于 2022-10-17 08:55

我也去STC申請(qǐng)樣品測(cè)試一下，程序有了，直接照抄啦

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