2023年TI杯大学生电子设计竞赛.docx

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1、2023年全国高校生电子设计竞赛脉冲信号参数测量仪（E题）【本科组】TXTO0Q参赛学校：山东工商学院参赛队员：陈阳李新太 张慧丽参赛编号：028E212023年7月28日时间：20233 .康光华.电子技术基础模拟（第五版）.高等教化出版社.时间：20234 .方昌林滁刚.电子测量仪器.化学工业出版社.时间：20235 .谭浩强.C程序设计（第三版）清华高校出版社.时间：2023七、附录1 .主函数extern u8 TIM2CH1_CAPTURE_STA; 输入捕获状态 extern u16 T1M2CII1_CAPTURE_VAL; 输入捕获值u32 high=O; int main (

2、) (NVIC_PriorityGroupConfig(MIC_PriorityGroup 3) ;/ 设置中断优先级分组 2 delay_init ();延时函数初始化uart_init(9600);/9600LED_Init();初始化与LED连接的硬件接口EXTIX_Init();TIMl_PWM_Init(899, 0); 不分频。PWM 频率=72000/(899+1) =80Khz TIM2_Cap.init(0XFFFF, 72-1); 以 IMhz 的频率计数TlM3_lnt_Init(499,71) ;/10Khz 的计数 频率， 计数 到 50 为 5ms=(499+1)*

3、(719+1)/7200 while (1) (delay_ms(10);TIM_SetComparel(TIMl, TIM_GetCapturel (TIM1)+1);if(TIM_GetCapturel(TIMl)=300)TIM_SetComparel(TIM1, 0); if(TIM2CHl_CAPTURE_STA&0X80)胜对捕获到 了一次高电平 (high=TIM2CHl_CAPTURE_STA&0X3F;high*二65536; 溢出底间总和h i gh+=T IM2CH 1_CAPTURE_VAL; 得到总的高电平常间TIM2CH1_CAPTURE_STA=O; 开启下一次捕

4、获 )2 .矩形脉冲信号发生器的测试结果表现形式：摘要由于现在时代的快速发展，越来越多的科技品用在日常生活中，满意了我们 的需求，便利了我们的生产。所以本文论述了脉冲信号参数测量仪的设计思路和 过程.本设计是基于单片机STM mini 32的信号发生器及各种芯片和各个程序来设 计和实现。信号发生器基于芯片LM 311, TLV3501及外围电路设计的通过限制定 时器中的捕获和分频电路可以变更频率。对于占空比，是通过两个定时器，一个 测频率周期，另一个测输入捕获。对于幅度测量，只需求出峰值电路即可。对于 上升时间的测量，通过高速比较器来获得，最终我们用芯片AD9850又制作了一 个矩形脉冲信号发

5、生器。本试验在误差允许的范围内具有可行性。关键字：STM mini 32 LM311、TLV3501 , AD9850。AbstractThis article discusses the measuring instrument of pulse signal parameters designed idea and process. This design is based on single chip microcomputer STM mini 32 signal generator and frequency and amplitude measurement instrument

6、design and implementation. Signal generator bases on chips and peripheral circuit design by controlling the timer in the capture and frequency division circuit can change the frequency. For duty ratio, it is through the two timers, a frequency measurement period, input capture another test. Circuit

7、for amplitude measurement, which only needs a peak. For measuring rise time, getting through the high-speed comparator.Keywords: STM mini 32 LM311、TLV3501 , AD9850c书目一、方案论证11.1 方案比较与选择11.2 方案描述2二、理论分析与计算22.1 相关参数设计3三、电路与程序设计33.1 系统组成与原理框图43.2 各部分的电路图433系统软件与流程图5四、测试方案与测试结果54.1 测试运用的仪器54.2 测试结果记录543测

8、试结果的分析6五、总结与体会7六、参考文献7七、附录8一、方案论证L方案比较与选择方案一：频率的测量采纳功能较强、兼容性较好、性价比高的Snini32单片机，通 过定时1s检测外部中断发生的次数求出频率，对于占空比的测量采纳单片机对 脉冲上升沿与下降沿的捕获，通过定时器的定时分别测量出电平值和脉冲周期， 通过计算得到占空比值。对于幅度的测量采纳LM311和LF398将信号经峰值保持电路整流成与原信号 幅值相等的直流电信号再进行测量，用单片机采集由ad转换器转换得到的电压 信号，在进行运算，显示。可以实现对峰值的精确测量，能满意设计要求。这种方案采纳单片机技术，使得其具有智能化的优点，简化了硬件

9、电路，提 高了测量精度，同时也能用软件对测量误差进行补偿，这给调试维护及功能的扩 展带来了极大的便利。此方案很志向，可以满意设计要求。方案二：对于频率的测量此方案对输入信号做分频整形后，再与1s的脉宽的信号共同 输入与门，其输出作为计数脉冲，由计数器计数然后锁存译码输出到数码管显示。 该方案硬件结构简洁，但工作速度低、精度差不能满意设计要求，所以此方案不 志向.对于占空比的侧量采纳锁相环电路与100进制加法计数电路，将输入信号 100倍频，通过计数器测量待测信号在高电平态的倍频的脉冲个数，该方案操作 较为困难，简洁产生误差对于幅度的测量采纳取样法，设在时间间隔t内对待测的信号进行取样1次, 设

10、在时间T内对信号进行了 N次取样，然后经单片机及相关软件处理数据并比较 大小，取最大得值即是是所测峰值，此方案在低频段精度较高，但在高频段，取 样的时间间隔不能满意高频率的要求，所测结果误差较大，方案不志向。综合以上分析，木设计拟采纳方案一予以实现。2.系统描述此试验的用到的主要的电路图有高速比较器、峰值保持和四分频电路，下面 主要介绍他们的用途和基本原理高速比较器：TLV350X系列推挽输出比较器，TT来自快速延迟时间为4.5ns传播延迟和操作 + 2.7V至+5.5V,由于超出摆幅输入共模范围使其特别适合低电压应用的志向选 择。轨对轨输出可干脆驱动CMOS或TTL逻辑。峰值电路：由单机片上

11、的引脚发出“0”信号，使LF398的采样保持限制交给比较器 LM311完成，这是LM311与LF398构成峰值保持电路，当输入信号不处于上升 期（或此刻大于原LF398所保持的最大值L）时，比较器的同向端电压高于 反向端，LOGIC上会得到高电频，使电路的输出跟踪输入，即VwMn. 四分频电路：分频就是用同一个时钟信号通过肯定的电路结构转变成不同频率的时钟信号。 四分频就是通过有分频作用的电路结构，在时钟每触发4个周期时，电路输出1 个周期信号。二、理论描述2.1, 系统相关参数设计用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生 三角波，其电路框图如下图所示频率设计

12、图2-1正弦波：直流电源就是震荡能源，在电路中存在噪声当w=wO=l/RC这一 频率成分经过放大。通过选频网络最终输出正弦波振荡频率。一般采纳变更 电容C作频率量程切换（粗调），而调整R作量程内的频率细调。RIR2方波：VT1= R171qVreF+ rTTr2VohRIR2Vt2= -R2 Vref+ RliR2 Vol本电路中Vref=O,所以R2Vn=M f R2 VohR2Vt2= . R2 Vol令初始时间t=0,两个时刻tl, t2o假设t=0时,Vi VoL,输出VO,当Vi V0H,输出从VO变为70,之后Vi在大于V内变更 时，保持-V0不变。当t=t2时，Vi V1O输出又

13、从-V0变为V0。之后不断的重 复，形成方波。三、电路与程序设计3.1系统组成与原理框图输入被测信号的范围是2MHz10MHZ,信号需经512分频才能测量。端口 Input2可输入被测信号的范围50KHz2MHz，信号需经16分频才能测量。端 口 Input3可输入被测信号的范围是2Hz50KHZ。iivtfiT51弥卜图3-1 （频率的步骤图）电路图：（四分频）通过定时1S检测外部中断发生的次数求出频率，分频就是用同一个时钟信 号通过肯定的电路结构转变成不同频率的时钟信号。以下如图所述：图3-2（其中一部分四分频的电路图）图3-3 （四分频的电路图）通过定时1S检测外部中断发生的次数求出频率

14、，占空比的侧量采纳单片机对 脉冲上升沿与下降沿的捕获，通过定时器的定时分别测量出电平值和脉冲周期, 通过计算得到占空比值，采纳LM311和LF398将信号经峰值保持电路整流成与原 信号幅值相等的直流电信号再进行测量，用单片机采集由ad转换器转换得到的 电压信号，在进行运算，显示。四、测试方案与测试结果4.1. 测试运用的仪器（示波器）1 .随意发生器2023-12-03 2.示波器型号 TFG6930型号 GDS-1102A-U 42测试结果与记录如表4-2表4-2 （各参数的数据）编号1234567 /8频率100k500k600k10k5kIk100hzlOhz占空比50%30%45%26

15、%73%30%23%67%幅度4.84.64.64.95. 15.05.15.2上升时间4493202106508408709109604.3.测试结果的完整性与分析电子计数器测频法主要是将被测频率信号加到计数器的计数输入端，然后让计 数器在标准时间Tsi内进行计数，所得的计数值N1。与被测信号的频率fxl的 关系如下：而电子计数器测周法则是将标准频率信号fs2送到计数器的计数输入 端，而让被测频率信号fx2限制计数器的计数时间，所得的计数值N2与fx2的 关系如下：事实上，无论用哪种方法进行频率测量，其主要误差源都是由于计数器只能进行 Q ZN对于测频法，有:对于测周法，则有：整数计数而引起

16、的1误差：他 必 %可见，在同样的Ts下，测频法fxl的低频端，误差远大于高频端，而测周法在fx2的高频端，其误差远大于 低频端如进行n次重复测量然后取平均，则1误差会减小n倍。如给定士1误差L则要求我0。对测频法要fxlN / 对测周法则要求仅2We0fs2o因此，对一给 定频率信号fs进行测量时，用测频法fsl越低越好，用测周法则fs2越高越好2.STMmini32单片机的测频范围和测频时间STMmini32单片机的定时器/计数器接口，在特定晶振频率fc=12 MHz时， 可输人信号的频率上限是fxgfc/24=50() kHz。如用测频法，则频率的上限取决 于STMmini32,故测频法

17、的测量范围是：心这/ W ,% 24即：fxl500 kHzo用测频法测频时，定时器/计数器的计数时间间隔可由STMmini32的另外一个 定时器/计数器完成，外接100分频器的状况下,fxl的频率范围可扩展到50MHz 用测周法设计时，其频率的下限取决STMmini32计数器的极限。考虑到 STMmini32内部为16位，加上TF标记位,计数范围为217,因此其最大计数时I It12x-L x2间为 L秒。而假如采纳半周期测量，则测频范围是：24x2*在测周法中，标准频率信号fs2由STMmini32的内部定时结构产生，fs2恒为fc/ 12,因此，在给定0为().()1时，fx2既有肯定的

18、上限频率， 也有肯定的下限频率。即：24x2并由此可见得出：4HzWfxlW10kHz理论上可以达到无穷大，B|J fsl可以达到无穷 低，因此，fxl可达到无穷小，因此，可以认为测频法的测频范围只有上限频率, 没有下限频率。而再这样，两个频率范围相叠加即可得到该频率计的测频范围; 4 Hzs仅IS50 MHz。精度可以达到1Hz。从以上分析可以看出，测频法测量的频 率覆盖范围较宽，且在高频端的测量精度较高，而在低频段的测量精度较低，同 时测量时间较长。测周法测量的频率覆盖范围较窄，在高频段的测量精度较低， 在低频段的测量精度较高，测量时间短。由于我们的试验实力有限，有些数据还不是特殊的精确，

19、所以我们还会接着学习。五、总结与体会我们在以STM mini32单片机为限制核心的电子负载制作设计过程中，我们实 现了题目的基本要求来实现频率，占空比，幅度，和上升时间等的精度。但是也 由于阅历不足犯了很多错误，从电路板的焊接，再到现实的实物的软硬件调试， 尤其是调试阶段，更须要强大的耐性和严谨的看法。这是对我们所学学问的检测， 同时也培育了我们创新与严谨的科学精神。通过这次做电子实践，让我们更加醒 悟的相识到理论与实践的巨大差距，以后我们会最大可能的用实践检测所学学 问，为自己的将来更好的早作准备，丰富自己的学问。六、参考文献1 .戴鹏飞.王胜开.王格芳.马欣.测试工程与LABVIEW应用.电子工业出版社.时间： 20232 .张建.韩薪莘.房晓溪.程学庆.LABVIEW图形化编程与实例应用中国铁道出版社.