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基于STM32单片机的脉冲信号参数高精度测试仪

时间:2022-08-03 17:19:00 高精度高精度电阻100

摘 要:设计以上STM32单片机为核心的脉冲信号参数测试仪,可测量脉冲信号的幅度、频率、占空比、上升时间等参数。仪器利用STM32增强单片机的高速高精度操作能力,可实现脉冲信号参数的高速精度采样;精度测量等一系列措施有效提高了测量精度,缩短了测量时间。实验结果表明,开发的测试仪精度高性好、误差率低,可用于电信号参数测量、仪器检测等领域。

关键词:STM32单片机 脉冲信号 精密测试 等精度测量

中图分类号:TP216 文献标识码:A 1672-3791(2017)01(c)-0027-02

随着现代电子技术的快速发展,对脉冲信号测量精度和速度的要求越来越高,特别是雷达信号等微弱脉冲信号的检测[1-3]。然而,传统的示波器通常用于测试脉冲信号,因此很难实现脉冲信号参数的全面和精确测量。针对上述情况,本文设计了脉冲信号参数高精度测试仪STM以32增强单片机为核心,采用32增强单片机STM32增强单片机的高性能特性可以实现脉冲信号的高速高精度测量,如振幅、频率、占空比、上升。

1 硬件电路设计

脉冲信号参数测试仪由信号调节电路、采样控制电路、电源电路、键盘电路、通信电路、显示器等组成。单片机选择32位STM32增强型单片机[4], 单片机最高时钟频率为72 MHz,内置8个定时/计数器和实时钟 RTC,并集成3个12位A/D转换器、1个D/A转换器和80个I/O操作速度快,计算精度高,功耗低,脉冲信号的参数可高速高精度检测。

如图2所示,选择单片机电源电路SPX1117 电压转换芯片,是5 V电压转换为3.3 V单片机作为单片机的电源电压提供电压。

考虑到单片机的电源电压为3.3 V,脉冲信号调理电路如图3所示,必须对被测脉冲信号进行振幅处理。LM393比较器将输入的不同振幅脉冲信号整形成3.3 V方波信号,然后输入单片机,测量频率和空比。

采用等精度测量方法进行频率测量,采样时间是被测信号周期的整数倍。如图4所示,采样电路由两个D触发器组成。两个D触发器触发后,被测信号转换为采样信号。采样信号的高电平宽度是被测信号周期的两倍。当采样信号上升时,单片机开始计数片中的时钟信号和被测信号;当下降时,停止计数。然后信号的频率可以根据两个计数器的计数值和时钟信号的频率来计算。

2 软件设计

2.1 测量频率

测量频率采用等精度测量方法[5],采样时间是测量信号周期的整数倍,与测量信号同步,消除测量信号计数产生的±一字误差,实现整个测试频段的等精度测量。在采样期间,计数器别计数单片机时钟脉冲信号和被测脉冲信号时钟脉冲信号的频率为,时钟脉冲信号的计数值为N被测脉冲信号的计数值为0N,被测信号的频率为:

(1)

2.2 占空比测量

直接测量脉冲宽度。采用脉冲计数法,用单片机时钟脉冲计算测量信号的高电平和低电平,并根据脉冲数计算待测信号的宽度。设置高电平计的值为NH,低电平计数值为NL,占比为:

(2)

2.3 测量振幅值和上升沿时间

脉冲信号振幅值和上升沿时间通过单片机直接检测,如图1所示A/D转换后输入单片机,单片机采样转换后的数字量。如果采样结果低于一定值,则认为直接放弃低电平,将剩余数据存储在单片机的数据存储器中,然后使用气泡排序法获得中位数,即脉冲信号的振幅值。

当测量占空比时,当单片机检测上升沿值达到10%时,发出中断,触发计数器计数。当单片机检测上升沿值达到90%时,计数器停止计数。设计数器的计数值为N时钟脉冲信号的频率为0,上升时间为:

(3)

3 实验测试

对设计仪器的频率、占空比、振幅值和上升时间进行性能测试,测试数据如表1所示。

从表1可以看出,脉冲信号的频率为10 Hz~5 MHz,误差值小于0.01%;占空比为10%~90%,误差值小于0.02%;幅度为0.1~10 V,误差值小于0.1%;脉冲上升时间为100~9000 ns,误差值小于1%。

4 结语

设计的以STM以单片机为核心的脉冲信号参数测试仪可以测量脉冲信号的范围、频率、空比、上升时间等参数。仪器利用STM32增强单片机的高速高精度性能,可实现脉冲信号参数的快速精度测试;采取一系列措施,有效提高测量精度,缩短测量时间。实验结果表明,开发的测试仪精度高性好、误差率低,可用于电信号参数测量、仪器检测等领域。

参考文献

[1] 徐文强、任勇峰、文丰.基于FPGA设计和实现高速脉冲信号源[J].2007、23(2)微计算机信息:229.

[2] 刘成忠,高晓阳.基于单片机的数字信号测试分析仪[J].甘肃农业大学学报,2006,41(2).

[3] 任勇峰、安荣、李圣昆.基于FPGA雷达信号处理器测试台McBSP接口设计[J].计算机与现代化,2009(2):24-26.

[4] 余福兵李文涛.基于STM32单片机电阻炉智能温度控制器的设计[J].2012年39日(1)化学自动化及仪表.

[5] 谢浪清.研究高速等精度频率测量[J].2006(15)中国科技信息:304-306.

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