使用STM32F4测量正弦波频率的步骤如下，根据不同的应用场景选择合适的方法：

一、硬件准备

1. 信号调理

   • 幅度调整：通过分压电阻或运算放大器将正弦波幅度限制在0-3.3V（STM32的ADC输入范围）。
   • 电平偏移：若信号含负电压，需通过加法电路或运放将其抬升到正电压范围。
   • 滤波处理：添加低通滤波器抑制高频噪声，避免干扰测量。

2. 硬件接口

   • 方法1（输入捕获）：将正弦波通过比较器（如LM393）转换为方波，连接至STM32的定时器输入捕获引脚（如TIMx_CHx）。
   • 方法2（ADC+FFT）：直接连接正弦波到STM32的ADC输入引脚（如PA0）。

二、方法选择与实现

方法1：输入捕获（适合低频、高精度）

1. 配置定时器

   • 选择定时器（如TIM2），配置为输入捕获模式，上升沿触发。
   • 设置定时器时钟（例如84 MHz），预分频值设为(84MHz / 1MHz) -1 = 83，使定时器计数频率为1 MHz（每计数1次=1μs）。

2. 计算频率

   • 捕获连续两个上升沿的时间差（周期T），频率 f = 1 / T。
   • 示例代码片段：

     // 定时器中断中处理捕获值
     uint32_t period = TIM2->CCR2 - TIM2->CCR1; // 周期（μs）
     float freq = 1e6 / (float)period;          // 频率（Hz）

方法2：ADC采样+FFT（适合宽频、多频成分分析）

1. 配置ADC+DMA

   • 设置ADC为连续采样模式，DMA传输数据到缓冲区。
   • 例如：采样率10 kHz，采样1024点，频率分辨率约9.77 Hz（10k/1024）。

2. FFT计算

   • 使用CMSIS-DSP库进行FFT：

     #include "arm_math.h"
     arm_cfft_radix4_instance_f32 fft_inst;
     arm_cfft_radix4_init_f32(&fft_inst, 1024, 0, 1);
     arm_cfft_radix4_f32(&fft_inst, adc_buffer); // 执行FFT

3. 频率提取

   • 查找FFT结果中的最大幅值点，计算对应频率：

     uint32_t max_index = 0;
     float max_value = 0;
     for (int i=0; i<512; i++) { // 仅处理前一半频谱
      if (fft_output[i] > max_value) {
          max_value = fft_output[i];
          max_index = i;
      }
     }
     float freq = max_index * (sampling_rate / 1024.0f);

方法3：峰值检测（适合中等频率、简单应用）

1. ADC连续采样

   • 使用定时器触发ADC，采样间隔固定（例如10 μs）。

2. 软件检测峰值

   • 检测相邻波峰的时间差：

     if (current_sample > prev_sample && prev_sample > prev_prev_sample) {
      // 检测到峰值，记录时间戳
      uint32_t period = current_time - last_peak_time;
      last_peak_time = current_time;
      freq = 1e6 / period; // 假设时间单位为μs
     }

三、关键注意事项

1. 抗混叠滤波：ADC采样时，确保信号最高频率 < 0.5倍采样率（奈奎斯特准则）。
2. 定时器溢出处理：输入捕获需处理计数器溢出，例如通过中断统计溢出次数。
3. 信号质量优化：软件滤波（如移动平均）可提高抗噪能力。

四、扩展优化

• 多周期平均：多次测量取平均，降低随机误差。
• 自动量程：根据信号幅度动态调整ADC参考电压或前端增益。
• LCD/串口显示：集成UI或通信模块实时显示频率。

根据具体需求选择方法，输入捕获适合1 Hz-1 MHz范围，FFT适合频谱分析，而峰值检测适合中等频率的简单应用。