基于 STM32 的频率计设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1设计简介.................................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

单片机的选择...................................................................................1

显示屏的选择...................................................................................1

通讯方式的选择...............................................................................1

系统框图设计...................................................................................2

3产品硬件设计.........................................................................................................3

STM32单片机核心电路设计..............................................................3

LCD1602液晶显示模块电路..............................................................4

4产品软件设计.........................................................................................................6

主程序流程图...................................................................................6

LCD1602液晶显示程序......................................................................7

产品软件清单...................................................................................7

5产品调试.................................................................................................................8

产品装配图.......................................................................................8

产品硬件调试...................................................................................8

产品软件调试...................................................................................9

6产品设计技术标准.................................................................................................9

参考资料.....................................................................................................................11

7附录.......................................................................................................................12

元器件清单.....................................................................................12

电路原理图.....................................................................................13

PCB设计图........................................................................................14

产品实物图.....................................................................................15

主程序代码.....................................................................................16

LCD1602液晶显示程序代码............................................................26

I

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基于STM32的频率计设计与制作

1设计简介

频率计是一种能够测量信号频率的应用，具有广泛的应用领域。STM32是

一种功能强大的32位微控制器系列，被广泛应用于嵌入式系统和物联网设备

的开发。频率计的作用是测量输入信号的频率，可以应用于各种领域中对频率

测量的需求，如通信、仪器仪表、自动化控制等。

2设计方案遴选

单片机的选择

方案一：STM32是基于ARMCortex-M内核的单片机，具有丰富的外设，有

灵活的存储器、丰富的开发生态系统，它具有强大的性能，并且功耗低，在整

合和集成上面有极大的优势，符合方案设计。

方案二：51单片机的性能较低，它的存储容量有限，外设支持也相对来说

比较少，它缺乏现代化的开发工具和生态系统，不符合方案设计。

综上所述，所以选择方案一。

显示屏的选择

方案一：用点阵式数码管显示，点阵式数码管是一种数字显示设备，由多

个LED组成，能够显示文字和数字等，但是用来显示数字显得比较大材小用，

并且价格相对来说比较贵，所有不选择这个显示屏。

方案二：用LCD1602液晶显示屏，LCD1602液晶显示屏是一种常见的字符

型液晶显示屏，可以显示文字、数字、图像等，具有较高的分辨率和色彩准确

性，对于此次设计而言，用LCD1602液晶显示屏已经完全够用，性价比也不

错，所以选择这个显示屏。

综上所述，选择方案二。

通讯方式的选择

并口通讯（ParallelPortCommunication）是指通过并行接口进行数据

传输和通信的一种方式。在计算机中，常用的并口接口是基于标准打印端口

1

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（Centronics接口）。并口通讯使用多根并行数据线同时传输数据，相比于串

口通讯（SerialPortCommunication），并口通讯具有数据传输速度快、传

输效率高的优势。同时，由于并口通讯采用并行传输方式，其对硬件设计和编

程的要求相对较高。在并口通讯中，打印机是最常见的使用设备。在早期的计

算机系统中，打印机通常通过并口接口与计算机连接，用于打印文档和图像。

与打印机通讯时，计算机通过向并口发送特定的指令和数据来控制打印机的操

作。这些指令和数据通过并口接口的数据线传输，并由打印机解析和执行。除

了打印机，还有一些其他设备可以通过并口通讯与计算机进行数据交互，如外

部存储器、数据采集设备等。这些设备通常使用一种特定的通讯协议和数据格

式，与计算机进行数据传输和交互。不过，随着技术的发展，由于串口通讯的

灵活性和方便性，如USB接口、Ethernet接口等逐渐取代了并口接口，使得并

口通讯在现代计算机中的使用越来越少。总的来说，通过并口通讯，计算机可

以与打印机和其他外部设备进行数据传输和通讯。通过并行传输方式，并口通

讯具有数据传输速度快、传输效率高的优势。

系统框图设计

本设计利用STM32F103单片机的T0、T1的定时计数器功能，来对输入信

号进行频率检测，并通过LCD1602显示出来。

单片机晶

振电路

单片机复位

STM32液晶显示模块

电路

单片机LCD1602

方波信号产

生电路

图2.1系统框架图

本系统框架如图2.1所示，整个设计可以分为几块：频率发生模块，主控

模块，液晶显示模块。

2

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3产品硬件设计

STM32单片机核心电路设计

STM32是一种广泛使用的基于ARMCortex-M内核的32位单片机系列。它

由意法半导体公司（STMicroelectronics）设计和生产，具有强大的处理能

力、丰富的外设和灵活的开发环境。STM32单片机广泛应用于嵌入式系统开

发、工业控制、汽车电子、智能家居、医疗设备等领域。STM32系列单片机具

有多个系列和型号，针对不同的应用需求提供了各种不同的功能和特性。它们

有不同的处理器核心、闪存和RAM大小、外设功能等。在嵌入式系统开发中，

STM32单片机常用于实现各种功能，如数据采集、数据处理、通信、控制等。

它们支持多种外设接口，如串口、SPI、I2C、CAN等，可以连接各种传感器、

显示屏、通信模块等外部设备。STM32单片机还提供了丰富的开发工具和软件

库，包括开发板、集成开发环境（如KeilMDK、STM32CubeIDE）、驱动库（如

STM32CubeHAL）、RTOS（如FreeRTOS）等，使开发人员能够快速开发和调试

嵌入式应用。总而言之，STM32是一种强大而灵活的单片机系列，具有广泛的

应用领域和丰富的开发资源，适合于各种嵌入式系统开发需求。

STM32F103C8T6单片机采用的封装技术是LQFP（LowProfileQuadFlat

Package）封装。LQFP封装是一种常见的表面贴装封装，它具有低外形高度、

较大引脚数量和较小封装尺寸的特点，适用于紧凑的电路板设计。在

STM32F103C8T6单片机中，LQFP封装的引脚数量为48个，每一侧有0.5mm的

排列间距。这种封装形式可方便进行焊接和安装，使得单片机可以广泛应用于

各种嵌入式系统中。其引脚如图3.1所示。

图3.1STM32F103引脚分布图

3

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LCD1602液晶显示模块电路

LCD1602液晶显示屏是一种常见的字符型液晶显示屏，用于显示文本和简

单的图形。它具有16列和2行的字符显示区域，每个字符位置可以显示一个

字符。为了使用LCD1602液晶显示屏，我们需要将其连接到一个适当的控制器

或微控制器。连接液晶显示屏需要对电源、引脚连接和控制信号进行配置。首

先，需要为液晶显示屏提供合适的电源电压。通常，LCD1602显示屏需要同时

提供±5V的直流电源。可以使用外部电源适配器或通过电池供电来满足这个要

求。接下来，需要将液晶显示屏的引脚连接到控制器或微控制器的引脚上。

LCD1602显示屏通常使用16根引脚进行并行数据传输和控制信号的传递。这些

引脚包括数据线（D0-D7）、使能线（E）、读取/写入线（RW）、命令/数据选

择线（RS）、以及其他必要的控制信号。一旦连接好电源和引脚，我们可以通

过编程来控制液晶显示屏的操作。对于大多数液晶显示屏，需要发送特定的命

令和数据序列来设置显示模式、清除屏幕、设置光标位置等。通常，需要编写

适当的代码来初始化液晶显示屏，并定义需要显示的文本和图形。可以使用C

语言、Python等编程语言来实现这些功能。总的来说，LCD1602液晶显示屏是

一种常用的显示设备，它具有16列2行的字符显示区域，并通过连接到控制

器或微控制器来实现文本和简单图形的显示。通过合适的电源和引脚连接，以

及适当的编程控制，可以在LCD1602显示屏上实现所需的显示功能。LCD1602

显示屏可以用于许多应用，例如嵌入式系统、电子仪器、数码产品等。

LCD1602液晶显示屏实物图如图3.2所示

图3.2LCD1602液晶显示屏实物图

4

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图3.3读操作时序

图3.4写操作时序

5

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4产品软件设计

主程序流程图

开始

系统初始化

LCD1602液晶

显示屏初始化

启动定时器

计数器

定时1s

NO

1s是否已经到了

YES

计算定时器的计

数计算后清零

继续计数

继续计数

将计算后的值

显示到LCD1602

显示屏上

图4.1主程序流程图

首先给单片机上电会先进行一个对系统和对LCD1602液晶显示屏的初始

化，为的是把所有设置的值都清零，随后就开启定时器和计数器，定时时间为

1s，计时一秒，当检测到当前范围内的频率时，计算计数器的值，并将计算出

来的值显示到LCD1602液晶显示屏上，然后再重新进入到下一次的计数。

6

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LCD1602液晶显示程序

图4.2显示程序设计

产品软件清单

软件部分和硬件部分都是相辅相成的，软件部分要怎么设计，主要还得是

看硬件部分怎么设计的。如果硬件部分已经完成了，那么软件部分也不会需要

多少时间了，软件部分就是需要根据当前的硬件设施来实施设计的。

图4.3软件程序清单

7

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5产品调试

产品装配图

图5.1产品装配图

产品硬件调试

1.硬件连接检查：确认所有电路和接口按照设计要求正确连接，检查电

源、地线、信号线等是否良好连接。

2.电源供电检查：检查电源电压是否符合设计要求，并使用示波器检查电

源稳定性和噪声水平。

3.芯片供电检查：确认STM32芯片的电源引脚接线正确，并使用示波器

检查供电电压和电流的稳定性。

5.外围器件检查：检查与频率计相关的外围器件，如电阻是否正确安装和

连接。

6.设备设置检查：确认相关的配置参数是否正确设置，如GPIO引脚的功

能设置、时钟分频等。

7.信号输入输出检查：使用示波器或逻辑分析仪检查输入输出信号的波形

和电平是否符合预期。

8

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8.异常情况排查：如果出现异常情况，可以通过断点调试、观察寄存器值

等方法进行排查，找出问题所在并进行修复。

产品软件调试

1.确认开发环境：确保你已经正确配置了适用于STM32的开发环境，包

括安装了适当的编译器、调试工具和开发软件，例如KeilMDK。

2.导入项目：将频率计的软件项目导入到开发环境中，包括源代码、库文

件和配置文件等。

3.编译代码：执行编译操作，检查是否存在语法错误、编译警告或其他编

译问题。如果有错误，需要根据错误提示进行相应的修改。

4.烧录固件：将编译后生成的固件（通常为hex或bin格式）通过调试工

具或烧录器烧录到目标设备的存储器中。确保烧录过程顺利完成，并注意确认

芯片型号、连接方式和固件版本等信息的正确性。

5.调试配置：在开发环境中配置调试选项，确保能够正确连接到目标设

备，例如选择正确的调试接口（例如JTAG或SWD）和芯片型号、设置调试速

度等。

6.设置断点：在关键代码段设置断点，以便在程序执行到该处时暂停，并

观察变量的值、执行流程等信息，帮助排查问题。

7.调试执行：开始执行程序，并观察调试工具提供的信息，包括断点命

中、变量值变化、函数调用栈等。通过逐步调试、变量跟踪等方法，找出程序

中可能存在的问题。

8.日志输出和打印：在关键代码位置添加合适的日志输出和打印语句，以

便观察程序执行过程中的状态和变量信息，帮助定位问题。

9.问题分析和修复：根据调试过程中获取的信息，分析问题所在，并进行

相应的修复。可能需要对代码进行修改、参数调整或算法优化等操作。

10.验证功能和性能：修复问题后，验证频率计的功能和性能是否符合设

计要求，例如通过输入不同频率的信号进行测试，比对测量结果与预期的差异

等。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

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[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范

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参考资料

[1]刘军编著.例说STM32[M].北京航空航天大学出版社，2011年

[2]肖广兵等编著.ARM嵌入式开发实例--基于STM32的系统设计[M].电子工业出版

社,2013年

[3]杨振江编著.单片机原理与实践指导[M].中国电力出版社,2008年

[4]谭浩强编著.C程序设计（第五版）[M].清华大学出版社,2017年

[5]王永虹等编著.STM32系列ARMCortex-M3微控制器原理与实践[M].北京航空航

天大学出版社,2008年

[6]臧春华等编著.综合电子系统设计与实践[M].北京航空航天大学出版社,2009

年

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7附录

元器件清单

实物图片名称型号数量

2P排针信号输入口1

3MM发光二极管红RED1

液晶显示屏LCD16021

DC电源座子Header21

电阻3K1

电阻1k1

电阻10K1

电源开关电源开关1

STM32单片机核心板STM32F1031

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电路原理图

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PCB设计图

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产品实物图

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主程序代码

#include"hz.h"

#include"stm32f10x.h"

#include"delay.h"

#include"EXTI.h"

#include"stm32f10x.h"

#include"delay.h"

#include"oled.h"

#include"sys.h"

#include<string.h>

#include<stdio.h>

#include"math.h"

#include"show.h"

#include"lcd1602.h"

staticvu32TimingDelay;

vu32Counter=0;//外部时钟计数值

charFre_Buff[30]={""};

vu8Flag=0;//1s定时中断

u8i=0;//计数TIM2溢出中断次数

doubleFreq=0.00;

u8date1=0,date2=0,date3=0,date4=0,date5=0,data0=0;

u8data_1[]="Range:0-300HZ";

u8data_2[]="Freq:HZ";

u8flag_t,flag_i,flag_1=1,flag_2=0;

voidRCC_HZ_Configuration(void)

{

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE)；

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2|RCC_APB1Periph_TIM

3,ENABLE);

}

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voidGPIO_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;//PA0清除之前设置

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;//PA0输入

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);

}

voidTIM2_Configuration(void)

{

//TIM2时基

TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;

TIM_DeInit(TIM2);

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=0XFFFF;//自动重装值

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0;

//预分频值,使TIMx_CLK=72MHz

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;

//输入时钟不分频

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;

//向上计数

TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);

//TIM2_TimeBase

TIM_ETRClockMode2Config(TIM2,TIM_ExtTRGPSC_OFF,

TIM_ExtTRGPolarity_NonInverted,0);

//外部时钟触发输入上升沿有效时钟不分频

TIM_SelectInputTrigger(TIM2,TIM_TS_ETRF);

//TIM_TS_ETRF外部触发输入

TIM_SetCounter(TIM2,0);

TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);

TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);

}

voidTIM3_Configuration(uint16_tper,uint16_tprs)

{

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TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;

TIM_DeInit(TIM3);

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=per;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=prs;

//TIMx_CLK=72MHz

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0;//

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);

TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);

TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);//TIM3_TimeBase

}

/*************************************************

函数:voidRCC_Configuration(void)

功能:复位和时钟控制配置

参数:无

返回:无

**************************************************/

voidRCC_Configuration(void)

{

ErrorStatusHSEStartUpStatus;

//定义外部高速晶体启动状态枚举变量

RCC_DeInit();

//复位RCC外部设备寄存器到默认值

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

//打开外部高速晶振

HSEStartUpStatus=RCC_WaitForHSEStartUp();

//等待外部高速时钟准备好

if(HSEStartUpStatus==SUCCESS)

//外部高速时钟已经准别好

{

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

//开启FLASH预读缓冲功能，加速FLASH的读取。所有程序中必

须的用法.位置：RCC初始化子函数里面，时钟起振之后

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FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

//flash操作的延时

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

//配置AHB(HCLK)时钟等于==SYSCLK

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

//配置APB2(PCLK2)钟==AHB时钟

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

//配置APB1(PCLK1)钟==AHB1/2时钟

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);

//配置PLL时钟==外部高速晶体时钟*9=72MHz

RCC_PLLCmd(ENABLE);

//使能PLL时钟

while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY)==RESET)

//等待PLL时钟就绪

{

}

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

//配置系统时钟=PLL时钟

while(RCC_GetSYSCLKSource()!=0x08)

//检查PLL时钟是否作为系统时钟

{

}

}

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|

RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC|

RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//允许GPIOB、AFIO时钟

}

voidFreq_wc()

{

switch(flag_t)

{

case0:Freq=Counter+i*65536;break;//1s

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case1:Freq=(Counter+i*65536)*2;break;//0.1s100ms

case2:Freq=(Counter+i*65536)*10;break;//0.01s10ms

case3:Freq=(Counter+i*65536)*1000;break;//0.001s1ms

case4:Freq=(Counter+i*65536)*10000;break;//100us

case5:Freq=(Counter+i*65536)*100000;break;//10us

case6:Freq=(Counter+i*65536)*1000000;break;//1us

}

if(Freq<300&&flag_1==1)

{

flag_2=0;

Freq=Freq*1.0489;

flag_i++;

if(flag_i>=5)

{

flag_i=0;

flag_2=1;

}

if(flag_t!=0)

{

TIM3_Configuration(7199,9999);

TimingDelay=0;

i=0;

flag_t=0;

}

}

elseif(Freq<20000&&flag_2==1)

{

flag_1=0;

Freq=Freq*1.1102;

flag_i++;

if(flag_i>=10)

{

flag_i=0;

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flag_1=1;

}

if(flag_t!=1)

{

TIM3_Configuration(7199,4999);

TimingDelay=0;

i=0;

flag_t=1;

}

}

else

{

Freq=Freq*1.1102;

flag_2=1;

//Freq=Freq;

//if(flag_t!=2)

//{

//TIM3_Configuration(7199,999);

//flag_t=2;

//}

}

}

voidHz(void)

{

RCC_Configuration();

RCC_HZ_Configuration();

delay_init();

delay_ms(1000);

LCD1602_Init();

delay_ms(500);

LCD1602_ShowStr(0,0,data_1);

LCD1602_ShowStr(0,1,data_2);

TIM2_Configuration();

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TIM3_Configuration(7199,9999);

TIM_Nvic_Configuration();

GPIO_Configuration();

nvic_configuration();

TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//使能外部计数

TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//开启1s定时

while(1)

{

if(Flag==1)

{

Flag=0;

Freq_wc();

if((Freq>300)&&(Freq<=10000))

{

LCD1602_ShowStr(0,0,"Range:300-1000HZ");

date1=(int)Freq%10;

date2=(int)Freq/10%10;

date3=(int)Freq/100%10;

date4=(int)Freq/1000%10;

data0=(int)(Freq*100)%100;

data_2[13]='';

data_2[12]=date1+0x30;

if(Freq<10)

{

data_2[11]='';

data_2[10]='';

data_2[9]='';

data_2[8]='';

data_2[7]='';

data_2[6]='';

}elseif(Freq<100)

{

data_2[11]=date2+0x30;;

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data_2[10]='';

data_2[9]='';

data_2[8]='';

data_2[7]='';

data_2[6]='';

}elseif(Freq<1000)

{

data_2[11]=date2+0x30;;

data_2[10]=date3+0x30;

data_2[9]='';

data_2[8]='';

data_2[7]='';

data_2[6]='';

}else

{

data_2[11]=date2+0x30;

data_2[10]=date3+0x30;

data_2[9]=date4+0x30;

data_2[8]='';

data_2[7]='';

data_2[6]='';

}

}elseif(Freq<=300)

{

LCD1602_ShowStr(0,0,"Range:0-300HZ");

date1=(int)Freq%10;

date2=(int)Freq/10%10;

date3=(int)Freq/100%10;

date4=(int)Freq/1000%10;

data0=(int)(Freq*100)%100;

data_2[13]='';

data_2[12]=date1+0x30;

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data_2[11]=date2+0x30;

if(Freq<100)

{

data_2[10]='';

data_2[9]='';

}

else

{

data_2[10]=date3+0x30;

data_2[9]='';

}

data_2[8]='';

data_2[7]='';

data_2[6]='';

}elseif((Freq>10000)&&(Freq<10000000))

{

LCD1602_ShowStr(0,0,"Range:1-10KHZ");

Freq/=1000;

date1=(int)Freq%10;

date2=(int)Freq/10%10;

date3=(int)Freq/100%10;

date4=(int)Freq/1000%10;

data0=(int)(Freq*100)%100;

data_2[13]='K';

data_2[12]=data0%10+0x30;

data_2[11]=data0/10+0x30;

data_2[10]='.';

data_2[9]=date1+0x30;

data_2[8]=date2+0x30;

if(Freq<100)

{

data_2[7]='';

data_2[6]='';

24

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}elseif(Freq<1000)

{

data_2[7]=date3+0x30;

data_2[6]='';

}

else

{

data_2[7]=date3+0x30;

data_2[6]=date4+0x30;

}

}elseif(Freq>10000000)

{

LCD1602_ShowStr(0,0,"Range:-----KHZ");

data_2[12]='';

data_2[12]='';

data_2[11]='';

data_2[10]='';

data_2[9]='-';

data_2[8]='-';

}

i=0;

TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);//1s定时

TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);//失能外部计数

TIM_SetCounter(TIM2,0);

TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//使能外部计数

TIM_Cmd(TIM3,ENA