发电机用正弦信号幅度与频率检测系统设计【字数：11531】
摘 要如今科技飞速的发展，发电机广泛的应用于生活的各个领域已经不足为奇。单片机的出现，使得以该技术为设计核心的发电机信号检测系统越来越智能，且精确度越来越高。本设计主要完成的任务是STM32F4为核心控制器件其他各电路为辅助，实现对输出信号的放缩，A/D采样，同时调用FFT函数算法对采集到的信号进行运算处理，得到电压的幅度有效值和频率等信息，并且将测量出的正弦信号的幅度和频率显示在LCD屏幕上。首先本文将介绍系统设计的背景、意义及发展前景。其次从硬件方面，介绍电源模块、液晶显示模块、信号处理模块和运算放大电路模块，最后对软件部进行论述，分为显示模块、数据采集模块和频率和幅度检测模块。
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 发展现状及前景 2
1.3设计任务 2
2 系统方案的选择 3
2.1 核心控制器件的比较与选型 4
2.1.1 STM32微控制器方案选择 4
2.2 幅度与频率测量的方法与选择 5
2.2.1 频率测量选择方案 5
2.2.2 幅度测量选择方案 6
2.2.3 FFT算法方案的选择 6
2.3 显示器的设计方案 6
3 硬件电路的设计与实现 8
3.1 硬件电路设计框图 8
3.2各模块电路设计 9
3.2.1电源模块 9
3.2.2液晶显示模块 9
3.2.3 信号处理模块 11
3.2.4 运算放大电路模块 12
3.3端口配置 13
4 系统软件的设计与实现 15
4.1 系统的整体设计 15
4.2显示模块设计 16
4.3 数据采集模块设计 17
4.4频率与幅度检测模块设计 19
4.5总结 21
5 系统调试与分析 22
5.1硬件问题及解决 22
5.2软件问题及解决 22
5.3实物展示 24
结束语 26
参考文献 27
致 谢 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
8
1 绪论
当今的科技已经发展到了高水平阶段，随着各尖端领域的研究不断升入，发电机广泛的应用于生活的各个领域已经不足为奇。况且正弦信号检测技术日渐成熟，使得以该技术为设计核心的发电机信号检测系统越来越智能，且精确度越来越高，同时其检测方法也越来越简便高效。如今我们所使用的单片机的各方面的性能都比较高，运算速度快，且集成度较高，使其在发电机信号检测系统的智能化的设计方面显得更为突出。
选题背景和意义
发电机是把其他形式的能量转化为电能的一种设备，以转子做切割磁力线运动而产生发电，它广泛应用于工业生产、野外作业等领域，是电力统中重要的电气设备。正弦信号是电子通信等工程领域应用最多的信号之一，而且对正弦信号的检测已经的普遍成熟。而电压信号的稳定与否，会对生活中各类电力设备、器件的运作产生不同程度的影响。由此可见对发电机电压信号的频率和幅度的检测显得尤为重要。
另一方面，对发电机电压信号检测，可分析设备的状况及用户状况。并且电压信号检测装置在通信电源系统，建筑智能化系统等中被迫切需要。为使发电机输出的电压稳定，就要对其频率和幅度进行实时监测。由于检测电压信号的方式多，测量范围加大，精度要求提高。因此对于发电机正弦电压信号的测量有重要的意义，特别在系统联调测试阶段和排查错误过程中具有重要的作用。
用发电机的正弦信号的频率幅度检测系统进行测试，是一种比较全面的性能试验，能够较确切地得到被测电机的相关性能参数的试验。目前正弦信号的检测方法有许多种，传统的正弦信号测量方法主要采用模拟技术，其电路复杂，在运用过程中存在着种种弊端。而现在对高性能微处理器的运用越来越广泛，把检测系统与高性能的微处理器相结合更加提高了其检测的速度和精确度，使整个设计更加的优化，这样就为发电机的输出性能是否能够全面达到技术要求的确定提供了较为可靠的系统。
因此，本课题设计为发电机的正弦信号幅度与频率的检测系统。以高性能处理器为核心控制器件，实现了对发电机交流电压信号的幅度和频率的检测功能，并且将测量出的正弦信号的幅度和频率显示在LCD屏幕上。
1.2 发展现状及前景
随着社会进步，经济发展，发电机不仅在工业生产中得到广泛的运用，也不断广泛运用于人们的生活当中。一方面各种型式的发电机均需通过测试，经过一定阶段的试验后才能投产或继续生产，另一方面发电机输出电压的稳定性对各种器件、设备的运行状态的影响至关重要。信号检测系统则可对发电机的频率和幅度进行检测，这样便可以对发电机工作是否稳定，输出性能是否达到标准进行有效的检测。
现今，计算机技术和单片机技术的飞速发展，这些技术已经在各个领域得到深入的发展，又因为计算机检测技术在现代工业制造对发电机输出参数测量高精度、高效率要求的驱动下。自动的测试系统以其快速、精确、经济实效、非接触等特点赢得了广泛的关注，特别是其自动化程度也特别高。利用单片机技术对发电机的正弦信号的幅度和频率检测系统的设计的探讨与研究有着重大的意义，并且也可以推广到其他相关的领域。
目前在中国的市场上对于发电机的频率与幅度智能检测系统的需求已经十分的迫切，该系统对于实时检测发电机的输出参数，提高产品的竞争力，提高市场消费需求具有巨大的实际作用和意义。有了需求，就会有发展，有了发展就会有竞争，有了竞争就会有创新。可见，发电机的正弦信号幅度与频率的检测系统的发展一定会越来越美好。
1.3设计任务
本毕业设计的任务主要是学习单片机的开发与编程以及学习放大电路、快速傅里叶变换相关的知识并应用。最终达到对发电机的频率和幅度进行实时的检测，先由外围放大电路对发电机产生的正弦信号进行处理，然后将采集到的信号数据传送给单片机，由单片机进行分析和处理，并将幅度有效值和频率通过LCD显示屏显示出来，以此来判断发电机输出的正弦信号的相关性能参数是否合格。
2 系统方案的选择
为实现毕业设计的基本要求，经过查阅各种相关的文献资料，得到如下两个方案：
目 录
1 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 发展现状及前景 2
1.3设计任务 2
2 系统方案的选择 3
2.1 核心控制器件的比较与选型 4
2.1.1 STM32微控制器方案选择 4
2.2 幅度与频率测量的方法与选择 5
2.2.1 频率测量选择方案 5
2.2.2 幅度测量选择方案 6
2.2.3 FFT算法方案的选择 6
2.3 显示器的设计方案 6
3 硬件电路的设计与实现 8
3.1 硬件电路设计框图 8
3.2各模块电路设计 9
3.2.1电源模块 9
3.2.2液晶显示模块 9
3.2.3 信号处理模块 11
3.2.4 运算放大电路模块 12
3.3端口配置 13
4 系统软件的设计与实现 15
4.1 系统的整体设计 15
4.2显示模块设计 16
4.3 数据采集模块设计 17
4.4频率与幅度检测模块设计 19
4.5总结 21
5 系统调试与分析 22
5.1硬件问题及解决 22
5.2软件问题及解决 22
5.3实物展示 24
结束语 26
参考文献 27
致 谢 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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1 绪论
当今的科技已经发展到了高水平阶段，随着各尖端领域的研究不断升入，发电机广泛的应用于生活的各个领域已经不足为奇。况且正弦信号检测技术日渐成熟，使得以该技术为设计核心的发电机信号检测系统越来越智能，且精确度越来越高，同时其检测方法也越来越简便高效。如今我们所使用的单片机的各方面的性能都比较高，运算速度快，且集成度较高，使其在发电机信号检测系统的智能化的设计方面显得更为突出。
选题背景和意义
发电机是把其他形式的能量转化为电能的一种设备，以转子做切割磁力线运动而产生发电，它广泛应用于工业生产、野外作业等领域，是电力统中重要的电气设备。正弦信号是电子通信等工程领域应用最多的信号之一，而且对正弦信号的检测已经的普遍成熟。而电压信号的稳定与否，会对生活中各类电力设备、器件的运作产生不同程度的影响。由此可见对发电机电压信号的频率和幅度的检测显得尤为重要。
另一方面，对发电机电压信号检测，可分析设备的状况及用户状况。并且电压信号检测装置在通信电源系统，建筑智能化系统等中被迫切需要。为使发电机输出的电压稳定，就要对其频率和幅度进行实时监测。由于检测电压信号的方式多，测量范围加大，精度要求提高。因此对于发电机正弦电压信号的测量有重要的意义，特别在系统联调测试阶段和排查错误过程中具有重要的作用。
用发电机的正弦信号的频率幅度检测系统进行测试，是一种比较全面的性能试验，能够较确切地得到被测电机的相关性能参数的试验。目前正弦信号的检测方法有许多种，传统的正弦信号测量方法主要采用模拟技术，其电路复杂，在运用过程中存在着种种弊端。而现在对高性能微处理器的运用越来越广泛，把检测系统与高性能的微处理器相结合更加提高了其检测的速度和精确度，使整个设计更加的优化，这样就为发电机的输出性能是否能够全面达到技术要求的确定提供了较为可靠的系统。
因此，本课题设计为发电机的正弦信号幅度与频率的检测系统。以高性能处理器为核心控制器件，实现了对发电机交流电压信号的幅度和频率的检测功能，并且将测量出的正弦信号的幅度和频率显示在LCD屏幕上。
1.2 发展现状及前景
随着社会进步，经济发展，发电机不仅在工业生产中得到广泛的运用，也不断广泛运用于人们的生活当中。一方面各种型式的发电机均需通过测试，经过一定阶段的试验后才能投产或继续生产，另一方面发电机输出电压的稳定性对各种器件、设备的运行状态的影响至关重要。信号检测系统则可对发电机的频率和幅度进行检测，这样便可以对发电机工作是否稳定，输出性能是否达到标准进行有效的检测。
现今，计算机技术和单片机技术的飞速发展，这些技术已经在各个领域得到深入的发展，又因为计算机检测技术在现代工业制造对发电机输出参数测量高精度、高效率要求的驱动下。自动的测试系统以其快速、精确、经济实效、非接触等特点赢得了广泛的关注，特别是其自动化程度也特别高。利用单片机技术对发电机的正弦信号的幅度和频率检测系统的设计的探讨与研究有着重大的意义，并且也可以推广到其他相关的领域。
目前在中国的市场上对于发电机的频率与幅度智能检测系统的需求已经十分的迫切，该系统对于实时检测发电机的输出参数，提高产品的竞争力，提高市场消费需求具有巨大的实际作用和意义。有了需求，就会有发展，有了发展就会有竞争，有了竞争就会有创新。可见，发电机的正弦信号幅度与频率的检测系统的发展一定会越来越美好。
1.3设计任务
本毕业设计的任务主要是学习单片机的开发与编程以及学习放大电路、快速傅里叶变换相关的知识并应用。最终达到对发电机的频率和幅度进行实时的检测，先由外围放大电路对发电机产生的正弦信号进行处理，然后将采集到的信号数据传送给单片机，由单片机进行分析和处理，并将幅度有效值和频率通过LCD显示屏显示出来，以此来判断发电机输出的正弦信号的相关性能参数是否合格。
2 系统方案的选择
为实现毕业设计的基本要求，经过查阅各种相关的文献资料，得到如下两个方案：
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