王中源 张金龙

摘  要：设计了一种高精度脉冲信号测试仪，可高效测量脉冲信号的一系列参数。充分利用STM32单片机的性能优势，采用等精度测量等方法，切实改善了测量效率与质量。由实验所得数据表明，该测试仪具有较高精密度和较低误差率。可运用于电子信号测试，自动控制等领域。

关键词：STM32单片机;脉冲信号;等精度测量

中图分类号：TM935.4 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0031-02

Abstract： A high-precision pulse signal tester is designed to measure a series of parameters of pulse signal efficiently， make full use of the performance advantages of STM32 microcontroller， and use equal precision measurement and other methods， thus improving the measurement efficiency and quality. The data obtained from the experiment show that the tester has a high precision and lower error rate and can be used in electronic signal testing， automatic control and other fields.

Keywords： STM32 microcontroller; pulse signal; equal precision measurement

引言

在电子技术的日新月异的当代社会，通信水平提高的同时，对技术也提出了更高的要求。在传统方法中，一般使用示波器对脉冲信号进行测量。但对于类似雷达信号等条件较为特殊的脉冲信号，传统的示波器很难做到精确测量。面对以上问题，本文利用STM32增强型单片机的性能特性研究设计出了一种以上述单片机为核心的测试仪，以此对脉冲信号的一系列参数进行更加全面，更加精密地测量。

1 硬件电路设计

脉冲信号测试仪如图1所示，核心为STM32单片机，其他部分由电源电路、键盘电路、显示器、通信电路、频率与占空比及幅值与上升时间调理电路、采样控制电路等构成。其中，核心部件选用STM32（32位）增强型单片机[1]，该单片机运算速率快、计算精密度高、功率损耗低，提高计算脉冲信号参数的质量与速率。

图2为电源电路，选取SPX1117电压转换芯片，单片机的电源电压就是取自该芯片将5V的电压转换为3.3V的电压。

图1 脉冲信号参数测试仪硬件框图

如图3所示为脉冲信号调理电路。调理电路是用来处理由于电源电压为3.3V所引起的脉冲信号幅值问题。通过LM393比较器可以实现脉冲信号幅值处理，即将其全部转化为3.3V的方波信号。最终，方波信号通过单片机，进行一系列测量。

考虑到常用的频率测量法和周期测量法不能达到测量所要求的精度，因此运用等精度测量法。保证采样时间为被测信号周期时长的整数倍。通过图4a中两个组合的D触发器后，采样为两倍的被测信号周期。如图4b所示，以上升沿和下降沿到来作为驱动信号，单片机分别对内部时钟信号和被测信号进行和停止计数，随后由设备显示出的测量数据进行转换与计算。

2 软件设计

2.1 测量频率

考虑到使用等精度测量方法后，采样时间是被测信号周期的整数倍[2]，就消除了对被测信号产生的±1周期误差。再利用数学公式推导：在计数时间内，分别同时对单片机中的标准时钟信号和被测信号进行计数，则有被测信号频率用公式可表示为f=■ （1）

（f0为单片机标准时钟信号频率，N0为单片机时钟信号计数值，N为被测脉冲信号计数值）。

（以下为对脉冲信号计数的设置）

TIM3_CH2为脉冲输入口

1. 配置GPIO_GPIOA_PIN7 输入

2. 配置TIM3 计数器在TI2 端的上升沿计数：

（1）. TIMx_CCMR1： CC2S =01;  配置通道2检测TI2输入的上升沿

（2）. TIMx_CCMR1：IC2F  =000;  选择输入滤波器带宽

（3）. TIMx_CCER：  CC2P =0;    配置上升沿极性

（4）. TIMx_SMCR：  SMS  =111; 选择定时器外部时钟模式1

（5）. TIMx_SMCR：  TS    =110;  选择TI2作为触发输入源

（6）. TIMx_CR1：    CEN  =1;    启动计数器

2.2 占空比测量

占空比通过测量脉宽，利用公式原理，计算得出。运用脉冲计数法，用单片机时钟脉冲分别对待测信号的高电平和低电平进行计数，利用所得数据计算待测信号宽度，则占空比用公式可表示为？浊=（2）（NH为高电平计数值，NL为低电平计数值）。

2.3 幅值和上升沿时间测量

由于选用的STM32增强型单片机自带A/D模块，因此幅值和升高沿时间可直接得出测量结果。由图1中测试仪构成可知，被测信号经A/D转换后输入仪器，通过采样控制电路进行筛选，当采样数据小于某个值时，则将其视为低电平过滤舍去，剩余数据输入单片机，保存于存储器中，最后通过冒泡排序法求中位数，此中位数为脉冲信号的幅值。

单片机以上升沿和下降沿到来作为驱动信号，当上升沿数值到达幅值的10%时，单片机断开，计数器开始计数，当上升沿数值到達幅值的90%时，计数器停止计数。则上升沿时间用公式可表示为？驻t=（3）（N0为计数器的计数值，f0为时钟脉冲信号的频率）。

3 仪器测试

由表1可见，对仪器的四项参数进行性能测试，得此数据。

4 结束语

设计的脉冲信号参数高精度测试仪以STM32单片机为核心，对以上四种参数的测量做出了一定的讨论说明。通过详细考察STM32增强型单片机的高效高性能的优势，设计此仪器高效精准地测量脉冲信号一系列参数;在测量方法中，运用了等精度测量等等的一些方法，进一步提高了测量的效率与数据的精确性。研究测试所得数据可以发现，测试仪具有较高精密度和较低误差率。该测试仪可运用于电子信号测试，自动控制等领域。

参考文献：

[1]李文涛，余福兵.基于STM32单片机的电阻炉智能温度控制器的设计[J].化工自动化及仪表，2012，39（1）：89-91.

[2]谢浪清.高速等精度频率测量的研究[J].中国科技信息，

2006，15：304-306.