摘要数字频率计作为电力系统中必不可少的对信号频率的监测设备，如今正向简易化、微型化、智能化以及多功能化方向发展。根据当今频率计的技术指标和发展要求，结合传统测频方法设计了一款全电子化数字频率计。该频率计使用基于ARM内核的单片机作为控制核心，利用其定时器具有输入捕获的特性设计了测频程序。同时，围绕单片机设计了滤波模块、整形模块、显示模块和串口模块等相关功能模块完成了信号采集和数据处理。另外电力系统论文，设计了上位机程序实现将频率值以图表显示的功能，完成了对信号频率的测量以及频率波动分析。87402

毕业论文关键词 单片机 数字频率计 频率波动

毕业设计说明书外文摘要

Title of Meter Based on SCM

, the meter as a for in power is to the of , , and multi-。 In this paper, a full- meter is to the and the of the meter, with the 。 The ARM is used as the core of 。

The is using its timer with input 。 At the same time, the , , and and other are to the of the data and the of the 。 In , the host is to the of in a chart,which can the of the and the 。

SCM meter

目 次

1引言1

1。1数字频率计发展现状1

1。2数字频率计发展趋势1来-自+优=尔;论.文:网 +.18766

1。3本课题研究的主要内容2

2频率测量原理3

2。1频率测量概述3

2。2传统频率测量方法3

3系统硬件设计6

3。1系统硬件简介6

3。2系统硬件总体架构7

3。3各硬件模块具体设计8

3。4系统硬件总图16

3。5本章小结16

4系统软件设计17

4。1软件总体设计17

4。2 STM32单片机的电力系统数字频率计设计+流程图:

模块化软件设计17

4。3上位机程序设计29

4。4系统可靠性分析31

4。5本章小结31

5设计结果33

5。1硬件系统运行概况33

5。2软件系统运行概况33

5。3误差测量实验34

5。4本章小结35

结论36

致谢37

参考文献38

附录A 程序中使用的重要变量和函数声明39

附录B 文中涉及的重要程序段或处理函数的具体实现40

1引言

1。1数字频率计发展现状

1。2数字频率计发展趋势

1。3本课题研究的主要内容

按照数字频率计功能的要求，从硬件上设计了整形变换电路将被测信号处理成单片机可以识别的数字信号，同时设计了简单的滤波电路使得频率计的抗干扰能力得以提升，并且以单片机为核心，设计了测频系统，并将测得的频率显示在LCD显示屏上。

在Keil开发平台上利用单片机C语言设计了对应于各个硬件模块的控制程序，由定时器初始化模块、定时器中断服务模块、LCD显示模块等共同实现。同时，设计了串口发送模块，将测得的频率通过串口发送到计算机上，利用图形化编辑软件将单片机上送的数据进行处理，将频率的波动通过图表直观地显示出来。

2频率测量原理

2。1频率测量概述

所谓“频率”就是一个具有周期性的信号在某个特定的时间间隔（1s）内变化的次数。如果在这个特定的时间间隔内测得这个周期性信号重复变化的次数为N，那么它的频率可以表示为f=N/T。而利用整形电路将被测信号变成脉冲信号，其重复频率将等于被测频率fx。标准的系统时钟信号发生器产生标准的时间脉冲信号，如果其周期为1s，那么闸门电路的输出信号持续时间也等于1s。标准的时间脉冲信号对闸门电路进行控制，当脉冲信号到来时，闸门打开，被测脉冲信号通过闸门电路，每通过一个脉冲信号，计数值加一。标准时间脉冲信号结束时闸门电路关闭，计数器停止计数。由此可以计算出被测频率fx=NHz[2]。论文网

2。2传统频率测量方法

使用单片机测量频率，通常是将单片机的定时器配置为计数模式来完成的，传统的测量方法和原理有两种[3]：

（1）测频法：即直接利用单片机测量频率。可以把待测的信号连接到单片机的输入端计数器上，在定时器的标准时间里，对频率脉冲进行计数，计数值就是单位时间内的脉冲个数，当单位时间为1s时，即为待测信号的频率。如图2。1所示为测频法原理图。

图2。1 测频法原理图 STM32单片机的电力系统数字频率计设计+流程图(2):

这种方法在测量时会产生量化误差，在主闸门开启时间T接近于被测信号周期T的整数倍时，量化误差就变成±1个数，此时，量化误差达到最大值[4]。

例如，被测信号为10Hz，要求测量精度为10-5，由公式（2。1）可以得出N>105，则所测频率误差的最大周期如公式（2。2）所示为104s，如此大的测量周期在电力系统测频中肯定是无法实现的。

表2。1测频法闸门信号与被测信号的关系

被测信号闸门信号能否实现

1MHz~可实现

~可实现

10kHz~可实现

1kHz~。1Hz不可实现

100Hz~1kHz0。01Hz不可实现

10Hz~。001Hz不可实现

1Hz~10Hz0。不可实现

如表2。1所示，测量10kHz以下的信号用测频法，闸门信号的频率都小于0。1Hz即此时测量周期要长于10s，甚至得等到几分钟、几十分钟才能获得频率电力系统论文，这大大浪费试验时间，并不符合电力系统测频的实时性，可认为不可实现。因此，对低频信号频率的测量不适合用测频法。

（2）测周法：即频率脉冲的周期测量法。将待测信号作为单片机的闸门信号，控制启动定时/计数器开始定时，对机器内部标准信号进行计数，待测信号一个开断时间后，关闭定时/计数器，得到的数值便是待测信号周期时间的测量值，取倒数，就能得到频率。如图2。2所示为测周法原理图。

图2。2 测周法原理图

在原理结构上，测周法和测频法几乎一模一样，只不过测周法将晶振与被测信号的位置互换，同理其测量最大量化误差也有±1个字的计数误差，其测量误差可以由式（2。3）表示，假设测量精度为10-5，则由式（2。4）得到N>105，由此可以得到如表2。2所示的测周法闸门信号与被测信号的关系。

表2。2测周法闸门信号与被测信号的关系

被测信号闸门信号能否实现文献综述

1MHz~不可实现

~不可实现

10kHz~不可实现

1kHz~不可实现

100Hz~可实现

10Hz~可实现

1Hz~可实现

对比表2。1与表2。2，测周法正好与测频法相反，对于测量低频信号有着极高的测量精度。

从测量原理图来看，测频法和测周法在高低频段各自都可以进行高精度的测量，但是这两种方法都无法顾及整个频段，而且无法消除 个字的误差，在电力系统测频中还是存在一定的误差，所以这两种方法还是具有一定的局限性，但是由于这两种测频方法电路简单、较易实现，所以在某些场合还是广泛使用[5]。 STM32单片机的电力系统数字频率计设计+流程图(3):

STM32单片机的电力系统数字频率计设计+流程图(4)

时间:2023-02-11 10:34来源:毕业论文

本文利用单片机自带的输入捕获功能设计电力系统数字频率计[6]。该设计电路简单，结构清晰，与传统的测频方法相比具有更高的可靠性，在中

本文利用单片机自带的输入捕获功能设计电力系统数字频率计[6]。该设计电路简单，结构清晰，与传统的测频方法相比具有更高的可靠性，在中低频的测量中具有更高的精度，在工频50Hz附近具有良好的表现。

STM32单片机的电力系统数字频率计设计+流程图(4):

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文章来源:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_136764.html

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