使用STM32測(cè)量頻率和占空比的幾種方法

ID:386364 · 發(fā)表于 2018-8-15 00:33

使用STM32測(cè)量頻率和占空比的幾種方法，值得擁有
——傾夜·隕滅星塵
這幾天在論壇上面解答了好幾個(gè)詢問(wèn) STM32 測(cè)量頻率的貼子，覺(jué)得這種需求還是存在的（示波器、電機(jī)控制等等）。而簡(jiǎn)單搜索了一下論壇，這方面的貼子有但是不全。正好今年參加比賽做過(guò)這方面的題目（最后是一等獎(jiǎng)嘿嘿），所以把我們當(dāng)時(shí)嘗試過(guò)的各種方案都列出來(lái)，方便以后大家使用，也是作為一個(gè)長(zhǎng)期在論壇的潛水黨對(duì)論壇的回報(bào)。
PS:由于我們當(dāng)時(shí)的題目除了測(cè)量頻率之外，更麻煩的是測(cè)量占空比。而這兩個(gè)的測(cè)量方法聯(lián)系比較緊密，所以也一并把測(cè)量占空比的方法寫(xiě)出來(lái)。因?yàn)闀r(shí)間有限，所以并不能把所有思路都一一測(cè)試，只是寫(xiě)在下面作為參考，敬請(qǐng)諒解。
使用平臺(tái)：官方 STM32F429DISCOVERY 開(kāi)發(fā)板，180MHz 的主頻，定時(shí)器頻率 90MHz。
相關(guān)題目：
（1）測(cè)量脈沖信號(hào)頻率 f_O，頻率范圍為 10Hz～2MHz，測(cè)量誤差的絕對(duì)值不大于 0.1%。
（15 分）
（2）測(cè)量脈沖信號(hào)占空比 D，測(cè)量范圍為 10％～90％，測(cè)量誤差的絕對(duì)值不大于 2%。
（15 分）
思路一：外部中斷
思路：這種方法是很容易想到的，而且對(duì)幾乎所有 MCU 都適用（連 51 都可以）。方法也很簡(jiǎn)單，聲明一個(gè)計(jì)數(shù)變量 TIM_cnt，每次一個(gè)上升沿/下降沿就進(jìn)入一次中斷，對(duì)TIM_cnt++，然后定時(shí)統(tǒng)計(jì)即可。如果需要占空比，那么就另外用一個(gè)定時(shí)器統(tǒng)計(jì)上升沿、下降沿之間的時(shí)間即可。
缺點(diǎn)：缺陷顯而易見(jiàn)，當(dāng)頻率提高，將會(huì)頻繁進(jìn)入中斷，占用大量時(shí)間。而當(dāng)頻率超過(guò)100kHz 時(shí)，中斷程序時(shí)間甚至將超過(guò)脈沖周期，產(chǎn)生巨大誤差。同時(shí)更重要的是，想要測(cè)量的占空比由于受到中斷程序影響，誤差將越來(lái)越大。
總結(jié):我們當(dāng)時(shí)第一時(shí)間就把這個(gè)方案 PASS 了，沒(méi)有相關(guān)代碼（這個(gè)代碼也很簡(jiǎn)單）。
不過(guò)，該方法在頻率較低（10K 以下）時(shí)，可以拿來(lái)測(cè)量頻率。在頻率更低的情況下，可以拿來(lái)測(cè)占空比。
思路二：PWM 輸入模式
思路：翻遍 ST 的參考手冊(cè)，在定時(shí)器當(dāng)中有這樣一種模式：

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