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1、摘要方波是一种非正弦曲线的波形，理想方波只有“高”和“低”这两个值。电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号，高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，占空比为50%的矩形波称之为方波。通过STM32通用定时器TM2输入捕获管脚PA2捕获从PA6管脚产生的PWM波，而PWM波由STM32通用定时器TM3通道CH1产生，然后再由1602输出显示频率和占空比。关键字：输入捕获，PWM频率，捕获算法，复用推挽输出ABSTRACTSquare wave is a kind of non sinusoidal waveforms, ideal square wave only high and
2、low these two values. Current or voltage waveform for rectangular signal is the rectangular wave signal, high level ratio in possession of a waveform cycle time is called duty cycle, duty ratio for 50% of the rectangular wave is called a square wave. Through the STM32 general timer TM2 input capture
3、 pin PA2 capture from PA6 tube feet to produce PWM wave, and PWM wave generated by the STM32 general timer TM3 channel CH1, then by 1602 output shows the frequency and duty ratio.Keywords: input capture，The PWM frequency,Capture algorithm,Reuse push-pull output目录第1章引言11.1选题背景11.2目标和意义11.3实现思路21.3.1输
4、入键盘的选择21.3.2显示屏的选择21.3.3原理和算法31.3.5 完成预估4第2章系统硬件设计52.1 STM32F103ZET6最小系统板52.2 4x4矩阵键盘62.3 1602液晶显示屏7第3章系统软件设计93.1主程序流程93.2.1输入捕获103.2.2 STM32 PWM波113.2.3通用定时器TM2/TM3133.2.4 STM32F103ZE的GPIO143.2.5外部中断163.3 STM32库函数解析183.4 STM32时钟配置22第4章系统调试284.1硬件调试284.1.1硬件的锡焊284.1.2硬件的总体连接294.2软件调试304.2.1程序编写存在的问题
5、304.2.2 程序的下载314.3用户操作34第5章总结35参考文献36致谢37附录38外文资料原文45译文46第1章 引言1.1选题背景示波器、信号发生器、数控电源是电子类学习的必备工具，但这一类产品在市场上都价格不低，而我们学生只能依靠于学校实验室来学习，在一个纵观市场上信号发生器和示波器，一个产生一个捕获，于是便想到能否集于一身呢？可能有人会觉得在市场上这种设计没必要，但对于学生来说却是颇有些不方便之处，需要某些信号来驱动的时候就用于产生，而要观察某种信号时则用于显示频率，而万事从基础做起，方波信号:就是指电路系统中信号的质量，如果在要求的时间内，信号能不失真地从源端传送到接收端，我们
6、就称该信号是方波信号。方波最主要的用途就是为其他芯片提供时钟脉冲，特别是在数字电路中，在数字电路中都是以上升沿和下降沿控制的，方波边沿很陡峭，在数字系统中传输的都是方波。所以想到了用STM32来设置更为踏实而容易实现又不失研究的课题基于STM32的方波信号测试仪设计。1.2目标和意义在键盘上输入信号频率，并在1602上显示频率，接触这个课题时，以为要是键盘上直接输入数字然后再屏幕上显示不是作假吗？经过向老师和同学的求教，才得以明白，知道经过STM32上面产生，也同样在STM32S上显示，输入捕获显示输出会存在误差，是一个精度问题，实验意义在于测试STM32上产生方波信号，在1602显示屏上输出
7、的精度，而从捕获端也可转接到我们需要的某种频率的方波信号，不仅是方波的产生端，而且更为精准的确定其频率，在芯片选择上我选用了STM32F103ZE144管脚的，为以后扩展其他功能做预留。完成本系统要达到的效果：掌握相关电子电路、STM32基本理论知识和设计方法；熟悉信号产生的原理；完成信号发生器的外围电路设计；利用STM32完成信号频率的可调以及相关信息数据的显示。1.3实现思路而本系统用到的是PWM用当作捕获的信号，貌似自产自销的感觉，为什么不选择外部的例如函数发生器等产生的方波呢，事实上本系统可以测试函数发生器产生的方波信号，一端接PA2捕获端，另一端接地，就能测出从函数发生器端产生的方波
8、信号源，但是STM32最小系统板的功能较多，不管是从实质方便上或者从资源节约上，还是本题目想要达到的测试要求效果，所以选择用定时器产生PWM波，配置TM3的通道CH1，在PA6引脚输出，足以适用，在STM32 选择了GPIOD端口，每个GPIO端口有两个32位配置寄存器（GPIOx_CRL，GPIOx_CRH）分别控制每个端口的低八位和高八位，两个32位数据寄存器，（GPIOx_IDR,GPIOxODR）分别是输入数据寄存器和输出寄存器，本系统用到中断来，捕获信号的脉冲变化，并记录下时间，两次中断即为一次脉冲，在一个周期里的占有比为占空比，矩阵键盘连接的GPIOD8-D15，而GPIOD0-D
9、7，接的1602显示屏。1.3.1输入键盘的选择方案1：采用独立式按键。独立式按键硬件结构较为简单且电路配置也比较灵活，但是每个按键都会用到一个IO口。如果在按键数量比较多的时候，IO口的利用率不是很高，有点浪费。虽然程序编写比较简单，但是不适合本次设计。方案1：采用44矩阵式键盘。44矩阵式键盘虽然电路连接复杂，但是很有效地提高了单片机I/O口的利用率。由于矩阵式的排列方式使得按键排列的整齐，美观又耐用。像这次设计要用到的数字键盘就是需要这样的矩阵键盘。根据以上分析，本系统的设计需要多个按键，需要减少单片机I/O口的使用，所以方案二4*4矩阵式键盘比较适合本设计。1.3.2显示屏的选择方案1
10、： 1602是一个字符型液晶显示模块，一般应用于显示字母、数字、字符等符号型的显示。1602液晶显示屏还分为有背光和没有带背光两种。1602微功耗、体积小，越来越的到广泛的应用，像本次系统要求，实现的功能要求较低，只需要能够显示频率和占空比就可以，性价比高实用。方案2：虽然在最小系统板子上有TFT液晶显示屏的专门接口对应相应的驱动芯片，但是TFT价格相比要高些，相对会繁琐，性价比不高，唯一可能就是方便演示有视觉感好些罢了可视度及对比度，色彩还原能力对比，TFT传说中的三缺一屏，就是三个方向效果不错，一个方向效果比较差，反应慢，不过它的聚焦性能良好，不会产生几何差错，不会闪屏。广泛用于低端和比较
11、旧款的手机，本系统设计比较低端，两者的性能都能够到达要求。综上所述，选择价格更低廉1602作为显示模块，而且是带背光的。1.3.3原理和算法STM32最小板上利用定时器计数，TIM_Period计数值，比如键盘输入1MHZ,分频参数TIM_prescaler=3TIM_Period=17，APB1时钟是72MHZ,在本参数下，72MHZ/(17+1)/(3+1)=1MHZ。程序编写的就是键盘输入周期和预分频器的算法研究思路在STM32上如果不使用外部晶振，OSC_IN和OSC_OUT的接法：如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，请按照下面方法处理：对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应
12、接地，OSC_OUT应悬空。1.3.4系统框图图1-1系统框图系统流程概述：STM32是32位单片，相对于51单片机8位单片机具有很强大的功能模块，速度更快，功能更强大，有usb控制器，废除了51的机器周期。系统的电源采用USB数据线连接供电为：5V，波动开关，电源指示灯亮灯以及显示屏显示发出蓝光，按动最下系统板上的黄色复位，在矩阵键盘上输入要设置的PWM波的频率，在PA6输出，PA2外部中断捕获。达到的效果是输入频率，显示捕获的到的频率和占空比，可能会存在一定的误差。由于STM32最小系统的功能较为强大，本系统用通用定时器TIM3来产生占空比为PWM波。用通用定时器TIM2作系统中断，捕获方
13、波。最后通过PD管脚来在传输数据在1602液晶显示屏显示。1.3.5 完成预估材料准备，硬件来源，最小系统板，已经确定了型号及大小，然后就是上某宝选购最实惠的开发板，成本在60R币左右，同样在某宝上面淘两块1602的显示屏，成本在4R的样子，为什么选两块呢，其主要因素是心理作用，因为邮费比它贵了，加了一块，算是防止意外吧，后面还真用上派头了，说到这里你们会以为出现问题了吗？其实不然，而是送给有需要它的同学了。买了一个JINK下载器，用于下载软件的，外加40根杜邦线。学习资料收集，学习STM32的固件库，以及安装调试软件，怎么使用Keil软件，阅读STM32F10x硬件文档和STM32 参考手册
14、，从本源出发，方波怎么可以在最小系统板上产生，用到那些方面的管脚，定时器，中断等，网上查看具体例子。第2章 系统硬件设计2.1STM32F103ZET6最小系统板微控制器STM32系列选择在芯片选择上我由于选题的要求，当然我们要把他的好处又是以及为甚要选择它的缘由在这里都意义说清楚第一：STM32，与51属于微控制器范畴，单片集成多种用于控制，通信，存储的外设。系统在程序的控制下执行。CPLD属于逻辑器件，按照程序，有一定智能程度。STm32运算速度、存储容量远高于51单片机。第二：对于少于100脚的产品，有2种接法：第1种：OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EM
15、C性能；第2种：分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出并输出0。此方法可以减小功耗并（相对上面）节省2个外部电阻。第三：选择144管脚的系统板，第一，相对配置方便一点，512闪存的大一点，是为了今后有扩展的可能，管脚预留为以后实现功能更多，板子上有TFT液晶接口，本设计鉴于功能相对简单，所以没有用到TFT液晶显示屏，而是选了价格低实用的1602显示屏，足以满足实验设计要求，用到最小系统板上的GPIOA/GPIOB/GPIOD引脚；黄色复位键，USB接口电路。第四：虽然在学校本身就有开设51单片机这门课程，这方面有一定基础又是，但是单片是基于寄存器操作的，所以在微机原理等方面要有很好的理解能力，为STM32 微控制器呢，纵观人类发展史，人类总是向着解放双交解放劳动力的方向前行，在这互联网时代，人们在不听的升级升华自己的大脑，解放大脑，放开思维逐渐向着这一趋势开放自我。在这里引用网络上对STM32和对51单片机的调侃，把它们分别比作地主和农民，51是农民，资源少，能力小；stm32是地主，财大气粗，资源丰富，速度快，所以在这里选STM32F103ZET6。2.2 4x4矩阵键盘4x4矩阵键盘顾名思义他有16的按键，而本系统所涉及的频率输入只需要用到09数字，和一个清零/确认按键（SET），连线是PD8-PD1
