基于STM32的簡易移相顯示器設計(20170518何英杰)

1、摘要本文是基于STM32的簡易移相顯示器設計，實現(xiàn)了對波形相位的調整并將相應參數(shù)通過OLED顯示出來。RC移相是指，電容一通電，電路就給電容充電，一開始瞬間充電的電流為最大值,電壓趨于0,隨著電容充電量增加,電流漸而變小,電壓漸而增加,至電容充電結束時,電容充電電流趨于0，電容端電壓為電路的最大值，這樣就完成了一個充電周期，如果取電容的端電壓作為輸出，即可得到一個滯后于電流90度的移相電壓。簡易移相顯示器是利用信號發(fā)生器輸出正弦波，通過RC電路與運放聯(lián)系起來組成的全通濾波電路調整波形，采用STM32F103RC微處理器作為控制和測量芯片，將移相后測得的相位差、頻率和幅值等從OLED上顯示。整個

2、系統(tǒng)的電路結構簡單明了，可靠性能高，多次實驗測試結果滿足基本要求和發(fā)揮部分要求。關鍵字STM32；RC移相；運放；AD檢測；OLEDAbstractThisdesignisbasedonthesimpleRCcircuitphaseshiftdisplaythatimplementstheadjustmentandthecorrespondingparametersofwaveformphasethroughtheOLEDdisplay.RCphase-shiftrefersto,capacitancecurrent,circuitforcapacitancecharging,thecharg

3、ingcurrentforafractionofasecondmaximumvalueatthebeginning,thevoltagetendsto0,withtheincreaseofcapacitancechargingquantity,andsmallcurrent,voltagegraduallyincreased,totheendofthecapacitorchargingcapacitorchargingcurrenttendsto0,voltageofthecapacitanceforamaximumofcircuit,thiscompletesachargecycle,ift

4、hecapacitorvoltageasoutput,cangeta90-degreephaseshiftvoltagelagsbehindthecurrent.Simplephaseshiftdisplayistheuseoftheoutputsinewavesignalgenerator,throughtheRCcircuitwithop-ampall-passfiltercircuitadjustswaveform,adoptingSTM32F103RCmicroprocessorasthemeasurementchip,afterphaseshiftmeasurementofphase

5、difference,frequencyandamplitudeontheOLEDdisplay.Thecircuitofthewholesystemstructureissimple,reliableperformanceishigh,theexperimentmanytimestestresultsmeetthebasicdemandsandplayapart.Keywords：STM32，RCphaseshift，Opamp，ADtesting，OLED一、系統(tǒng)方案與理論分析設計基本要求：幅值顯示信號源幅值18V，與信號源的幅值一致；頻率顯示信號源頻率在10Hz105Hz，與信號源頻率一

6、致;相位顯示超前移相90，滯后移相90。方案一一可用積分、微分電路作移相電路。如圖1:R微分電路積分電路圖1簡單的RC移相電路積分電路中:此時，R:0fg其幅頻特性：U=Usinwtim1cuU=IUsinwtdt=gcoswt0RC尬wRCVjwCU.U=U.=1厶一tan-1wRCoR+1/jwCiJl+（wRC）2，則：0T90。,可滿足滯后移相90；幅值會隨著頻率增大而衰減，不滿足要求，故不采取此電路。方案二為了讓輸出電壓有效值與輸入電壓有效值相等，改進RC移相電路，將RC與運放聯(lián)系起來組成有源的移相電路全通濾波電路。和一階積分、微分電路比，此電路可在全頻率范圍內輸出與輸入的電壓恒相等

7、，且相位可最高超前、滯后180。如圖2：3Jyl-15V嚴TI?-OPvoc-r-vcc-OU-mitQ-liV起前移相電路461-1JV嚴I?-OPvcc-vcc-OUout池滯后挙豺目鎖各15V圖2全通濾波移相電路超前移相時域分析:其中a厶3CU1+jwRC1Z180。2arctg占1f=02nRC當彳=彳0時，=90；當彳=00時，=0；當f=0,=180。滯后移相與此相反。以上移相電路分別包括了土180的移相，在應用時還要注意其應用頻率和元件參數(shù)的關系，參數(shù)選得不同，移相的角度就會不同，一般說來，在靠近某移相電路的極限移相角度附近，其元器件的選擇是十分困難的。二、系統(tǒng)仿真與硬件設計2.

8、1multisiml3仿真超前、滯后90電路及仿真波形如圖3、圖4所示:圖4滯后移相90仿真電路及波形T1T2T2T1時同Z.O93sN口曰曰S.as1S5BAa.ogg3.09*9Va.aaav-O.ZOO7-6.ZOOVa.aaav日寸呈標JHi1m=/Divk柚強移m口y/rj話力口(b/a|I通迫出i5S2抽位:口交沛IIaII巨沛IAin.-dBi5V/Div|辻沿1衛(wèi)匡|BExt丫4ilii站鮎+&】=oJl|lt=s.Il水平:V1士矢IITFJtII自云hit孑1.夕卜馳孟圖3超前移相90仿真電路及波形jSS-xscitiSOT2-T1日才間952.090ms9S.2.Q9Qn

9、is0.000sj5B_A2.23-4VZ.2”V0=000V-6.S24VV0.000V日寸基標悽；1nis/tilvX鈾位密=石k沏討廖加!*3適追曰IJJ*:5V/DivV:口盍沛irni酉流irni!iS:B汽1曰3七水平:v從波形圖可以看出移相前后，幅值相等。22硬件設計簡易移相器電路由7個部分組成：(1)控制部分，stm32微處理器做為主控芯片(2)超前和滯后移相電路(3)幅值檢測(4)頻率檢測(5)相位檢測(6)檔位切換顯示部分=|STM32RCT60嚴1OLED顯示1|1檔位切換幅值檢測相位檢測頻檢測圖5簡易移相器結構框圖簡易移相器結構框圖如圖5：RC移相電路結構：為方便檢測，

10、將頻率定在1kHz以下，那么取RMAX=5k,C=0.1uf,運放選常用的op07,電路圖見圖2;檔位切換電路：超前與滯后電路之間使用繼電器進行切換；幅值檢測電路：依據(jù)要求，幅值在18V之間，移相前后幅值相等。但stm32微處理器只能檢測不超過3.3V的電壓信號，因此，在幅值檢測之前，加入了電阻比例分壓，確保輸入到微處理器的電壓信號在安全電壓以內；相位檢測電路：取電源信號和移相輸出信號接比較器然后接入與門輸入到微處理器處理；總電路圖如圖6：F圖6簡易移相器總電路三、軟件設計軟件部分主要是控制檔位切換，相位、幅值和頻率測量，將其顯示在OLED上。3.1檔位切換通過按鍵切換滯后或者超前移相，并在O

11、LED上顯示模式；3.2幅值測量利用ad檢測其峰值，然后乘以電阻分壓比例的倒數(shù)就得到輸出波形的峰值；3.3相位檢測使用定時器TIM5的捕獲功能,通過捕獲引腳PA2對輸入輸出信號經與門74LS08相與后的輸出波形進行檢測，捕獲高電平的時間T2，用原輸出的波形高電平時間T3減去T2即可的到相位差的時間(T3-T2)；則相位角=360*(T3-T2)/T1(T1為過零比較波形輸出頻率)。3.4測量頻率T法測量：使用STM32定時器TIM2的捕獲功能，設定定時器計數(shù)周期Tl(luS)，捕獲過零比較上升沿當兩次上升沿到來時計算計數(shù)的值M。則脈沖頻率f=M/T;M法測量：使用STM32的定時器3定時1S,通過TIM2的輸入捕獲口PAO計算在定時器TIM3