基于STM32的信号发生器论文

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1、攀枝花学院本科毕业设计论文基于STM32的信号发生器学生_ 钟尚儒学生_201310501084院系： 电气信息工程学院年级专业： 2013级电子信息工程2班指导 郝小江助理指导 二一七年六月52 / 55摘要随着电子产品的发展,单片机处理器的应用已经广泛的应用在日常生活中每个角落.特别是在信号发生器中的应用,信号发生器在各行各业中发挥着重要的作用,具有非常重要的意义,现实中接触比较多的是教学实践中,由于很多学校的研究经费有限,不能购买精密的昂贵器材等原因,急需要设计出一款智能化,低成本的信号发生器,可以输出三角波、方波和正弦波等波形.在本文中根据现实的需求设计出一款基于STM32F103Cx

2、的信号发生器系统,整体设计由处理器模块、电源电路模块、AD9833电路模块、按键电路模块、数字显示模块几部分组成.处理器模块采用STM32F103Cx芯片作为该系统的核心处理模块,采用LCD1602液晶显示器作为该系统的显示模块,按键方案采用独立按键的方式更加容易控制设置输出数据,电源接口采用USB方式,使用更加方便.该设计系统采用altium designer等软件完成PCB版的设计,然后进行焊接和测试等,采用keil软件进行编写软件程序,完成波形的输出等,最后经过软硬件设计出可输出三种波形：三角波、方波和正弦波.该系统的设计具有简单和性能优良等优点,最后经过软硬件的调试之后,各项功能和性能

3、都满足设计的要求.关键词：STM32F103Cx单片机,AD9833电路模块,液晶显示器1602,DDS信号发生器ABSTRACTAbstract: With the development of electronic products, the application of single-chip processor has been widely used in every corner of daily life. Especially in the application of signal generator, the signal generator in all walks of

4、 life play an important role, has a very important significance, the reality of contact with more teaching practice, because many schools of research funding is limited, not The purchase of sophisticated equipment and other reasons, the urgent need to design an intelligent, low-cost signal generator

5、, you can output triangular wave, square wave and sine wave and other waveforms. In this paper, according to the actual needs of a design based on STM32F103Cx signal generator system, the overall design by the processor module, power circuit module, AD9833 circuit module, key circuit module, digital

6、 display module posed of several parts. Processor module using STM32F103Cx chip as the core of the system processing module, the use of LCD1602 LCD display as the systems display module, the key program using a separate key way easier to control the output data output, power interface using USB way,

7、 the use of more convenient. The design system uses altium designer and other software to plete the PCB version of the design, and then welding and testing, the use of keil software to write software programs to plete the output of the waveform, and finally through the hardware and software design c

8、an output three waveforms: triangular wave Wave and sine wave. The design of the system is simple and excellent performance, etc., and finally after the hardware and software debugging, the functions and performance to meet the design requirements.Key words:STM32F103Cx single-chip,AD9833 circuit mod

9、ule, liquid crystal display 1602, DDS Signal generator目 录摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题背景与研究意义11.2国内外研究现状和发展趋势31.3本文研究的主要内容5第二章 系统方案设计62.1DDS的基本原理62.2处理器方案72.3显示方案92.4按键方案92.5方案确立10第三章 硬件设计方案113.1系统总体设计113.2处理器模块123.3AD9833电路模块123.4按键电路模块133.5电源模块143.6显示模块电路153.7本章总结16第四章 软件设计方案174.1系统总体软件设计174.2三角波输出模块

10、软件设计174.3方波输出模块软件设计184.4正弦波模块软件设计194.5按键子程序模块软件设计204.6数字显示模块软件设计214.7本章总结22第五章 系统调试23第六章 结论29参考文献30附录A：原理图31附录B：系统主程序33致谢49第一章 绪论1.1 课题背景与研究意义随着二十世纪四十年代电子仪器时代的兴起到现在,示波器和函数信号发生器的技术越来越成熟,精度和集成度越来越高,体积也越来越小.并且有了各种不同种类为了满足特殊测试的便携式示波器和信号发生器的出现.本文根据函数信号发生器的原理,设计了一款适合野外、教学等检测的便携式信号发生器系统.信号发生器是应用在电子电路以与测试实验

11、等领域的一种常用信号源,它是一种电信号设备,是电子测量与计量工作严格的技术设备.所以信号发生器的应用是非常广泛的,同示波器、频率计一样是最基本的、最普通的电子仪器,几乎大部分的电参量都要用到它.近年随着GSM、GPRS、3G、Bluetooth乃至已经被提出的标准的4G等移动通信以与LMDS、无线本地环路等无线接入的发展,同时加上合成孔径雷达、多普勒冲雷达等现代军事、国防、航天航空等在科技上的不断创新与进步,世界各国非常重视频率合成技术的发展.所有的这些社会需求以与微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身不断进步都极大刺激了数字频率合成器技术的发展.在日常生产中频率发生器必不可少,然而单一的

12、频率显然无法满足现代的需要,人们往往需要一个频率、幅度都能自动调节的信号源.但是传统的信号发生器电路复杂,使用不方便.而采用直接数字合成芯片DDS与外加D/A转换芯片构成的信号源,可产生正弦波、调频/幅波与方波等,并且其信号的频率和幅度都可以按照需求控制非常方便.而且相比传统的信号源DDS有着体积小、功耗低、成本低等特点.在信源提供上相比传统发生器稳定可靠,其这一特点深受大家喜爱.相信随着科技的发展DDS技术将会朝着更小体积,更低功耗,更强大的稳定性方面发展.随着现代电子技术的不断发展,在通信系统中往往需要在一定频率范围内提供一系列稳定和准确的频率信号,一般的振荡器已经不能满足要求,这就需要频

13、率合成技术.直接数字频率合成是把一系列数据形式的信号通过D/A转换器转换成模拟量形式的信号合成技术.DDS具有相对带宽、频率转换时间的短、频率分辨率高、频率分辨率高、输出相位连续、产生宽带正交信号与其他多种调制信号等优点,DDS现已广泛应用于接收机本振、信号发生器、仪器、通信系统、雷达系统等,尤其适合于跳频无线通信系统.本课题研究的主要目的是：根据市场的调查通过学习和研究,学习单片机系统的基本原理.在本文中根据现实的需求设计出一款基于STM32F103Cx的信号发生器系统,整体设计由处理器模块、电源电路模块、AD9833电路模块、按键电路模块、数字显示模块几部分组成.处理器模块采用STM32F

14、103Cx芯片作为该系统的核心处理模块,采用LCD1602液晶显示器作为该系统的显示模块,按键方案采用独立按键的方式更加容易控制设置输出数据,电源接口采用USB方式,使用更加方便.该设计系统采用altium designer等软件完成PCB版的设计,然后进行焊接和测试等,采用keil软件进行编写软件程序,完成波形的输出等,最后经过软硬件设计出可输出三种波形：三角波、方波和正弦波.该系统的设计具有简单和性能优良等优点,最后经过软硬件的调试等.1.2国内外研究现状和发展趋势早在1971年,美国学者提出了全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形,人们把之称为直接数字频率合成器DDS.但是限于当时微

15、电子技术和数字信号处理技术限制,DDS并没有得到足够重视.随着现代超大规模集成电路集成工艺的高速发展,使得数字频率合成技术得到了质的飞跃,近几年来,随着DDS技术的不断完善和发展,其输出频率、杂散、相位噪声、功耗、集成化等各项性能指标较早期产品已有大大提高,出现了一系列的优秀产品.由于其在频率合成以与信号调制等方面出色的性能,应用范围已扩展到通信、宇航、遥控遥测、仪器仪表等各项电子领域.就目前市场来说国外公司任然是DDS芯片主要提供厂商,如AD、高通Qualm、Stanford.信号源被称为信号发生器或振荡器,有着非常广泛的应用在工业生产和技术教育领域.今天信号发生器一直保持高速发展,信号发生

16、器技术自开发以来,引导技术趋势是日本横河,安捷伦、美国泰克和其他外国几个主要设备公司.信号发生器不仅构成一个独立的来源,并且可以部分高性能网络分析仪,频谱分析仪,和其他自动化测试设备联合.关键技术在于信号发生器多种高性能仪器支持技术,因为它可以提供高品质的精密信号源和扫描源代码,您可以极大地简化了检测相应的系统程序,降低测试成本,大大提高检测精度.安捷伦33250型生产函数/任意波形发生器能够产生稳定、准确和低失真任意波形的输出频率范围1uhz 80 mhz,和10 mvpp 10 vpp的输出振幅,该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz4GHz.美国福禄克FLUK

17、E-25模型的信号发生器是为数不多的几个仪器大多数现有的测试设备功能的多样性,可以生产高质量的波形和频率计合并在任何条件下,可以得到低失真正弦波和三角波,也可以给小超调快边方波,最高频率可达5 mhz,最大输出振幅可达10 vpp.美国泰克生产的DTG5000 信号发生器的采样率达到最高3.35 Gb/s.也有很多类似的仪器,如南京盛聚氨酯仪器#,#SPF120DDS信号发生器,Varco仪器制造HG1600H数字合成函数/任意波形信号发生器.国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形,频率覆盖范围为1Hz60MHz.国产S1000型数字合成扫频信号

18、发生器通过新技术和新器件可以实现高精度、宽频带的扫频源,同时应用DDS和锁相技术,使频率范围从1MHz1024MHz能精确地分辨到100Hz,它不仅是一台高精度的扫频源,也是一台高精度的标准信号发生器.当然还有很多其它的信号发生器,他们各有各的优点,但是信号发生器总的趋势将向着高频率精度、宽频率覆盖、多用途、多功能、自动化和智能化方向发展.虽然我国己经开始研制信号发生器,并取得了可喜的成果,但总的来说,我国信号发生器还没有形成真正的产业.我国目前在信号发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距,因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫.目前,国际上的任意信号发生器主要体现在以下几个方面：1输

19、出频率越来越高.过去,合成频率的限制使任意信号发生器的应用局限于地质、生物和机械等领域.在这些领域中,合成的信号可能是很复杂的,但通常处于较低的频率.随着集成电路技术的发展.高速的存储器和D/A转换器的出现使合成的频率得到很大的提高,从而能够在通讯、计算机和显示等领域得到广泛的应用.2信号输入方式更加方便.对于任意信号发生器,一个重要的问题是如何把信号以数据的形式输入到RAM中去,过去的方法是逐点输入,即事先把数据计算好,然后逐点地输入到RAM中,这种方式费力且速度慢.现代任意信号发生器的信号如输入方法可分为三类：一是利用信号分析仪或数字存储示波器DSO,Digital Storage Osc

20、illoscope先把信号数字化,然后由软件驱动输入到RAM中.二是利用数字板或屏幕作图方法.三是利用函数表达式输入.复杂的信号由有限个比较简单的信号复合成,v=ft.由于这种方法直观且不需增加硬件,为大多数任意信号发生器所采用,另外有的任意信号发生器还建立了信号库,可直接调出使用.3输出通道增多.当前,单通道的任意信号发生器在众多场合得到很好的应用.但是越来越多的用户要求任意信号发生器能多通道同步输出.对多通道的任意信号发生器的需求最多是来自于测试现代通信装置中需要的同相或正交的信号.1.3本文研究的主要内容随着以单片机科学技术的发展和信号发生器技术的发展,小型系统逐渐的影响着人们的日常生活

21、,给人们的生活带来了方便.下面主要介绍各章节的主要内容：第一章主要是介绍该设计的研究背景与意义,说明设计该系统具有重大的意义,提出了在该文中需要设计的目的；第二章主要是介绍该系统设计的方案研究,包括处理器方案、数字显示模块方案和按键方案等,分析比较了几种方案的对比,挑选出适合该系统的最好的方案；第三章主要介绍硬件设计方案,给出每个模块的详细设计方案,例如电源电路模块、STM32F103Cx处理器模块、按键电路模块、数字液晶器显示模块和AD9833电路模块等；第四章主要是介绍软件设计方案,主要详细讲解了各个模块的软件设计和软件设计的流程图,包括系统总体设计、三角波输出模块的软件设计、方波输出模块

22、的软件设计、正弦波输出模块的软件设计、按键子程序模块软件设计和数字显示模块的软件设计等；第五章主要是介绍系统的调试过程,主要讲解了该系统的调试运行状态等,最后给出软硬件调试结果显示；第六章主要是总结展望,讲述后期需要做哪些工作,需要哪些的改进方案等.第二章 系统方案设计2.1DDS的基本原理随着DDS技术的不断发展,DDS的集成芯片早已投入生产和商业中.在经过了不断的完善后,如今的芯片厂商Qualm公司 AD公司 standford Tele生产的DDS芯片高度集成化,且外接元件需求极少,使用也极其方便.由于科技的发展,可编程逻辑器件的出现使得自行使用可编程逻辑器件设计DDS变成了可能.DDS

23、在实现中需要高速和高性能的数字器件,而可编程逻辑器件的高速、高性能、可编程、低功耗等特性使它成为DDS设计的不二之选.且由于他的高集成使得整个体积大大减小,在各项应用上更广阔.直接数字频率合成技术是从相位概念出发,直接对参考正弦信号进行抽样,得到不同的相位,通过数字计算技术产生对应的电压幅度,最后滤波平滑输出所需频率.下图为DDS基本原理图图2.1 DDS基本原理图直接数字式频率综合器DDSDirect Digital Synthesizer,实际上是一种分频器：通过编程频率控制字来分频系统时钟SYSTEM CLOCK以产生所需要的频率.DDS 有两个突出的特点,一方面,DDS工作在数字域,一

24、旦更新频率控制字,输出的频率就相应改变,其跳频速率高；另一方面,由于频率控制字的宽度宽48bit 或者更高,频率分辨率高.相位累加器在频率时钟fc脉冲的作用下,相位累加器的寄存器输出与加法器控制字K相加,其结果从端口输出.由于fc不断的发生时钟脉冲,这样相位累加器就可以不断的产生数据.相位累加器产生的数据从端口输出后,其数据被看作为波形储存器ROM的寻址地址这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值二进制编码经查找表查出可以看成是一种映射,完成相位到相应幅值转换.波形存储器的输出送到D/A 转换器,D/A 转换器将波形幅值转换成所需要的合成频率的信号.而这个低通滤波器可以用DSP 编程完成,示意

25、框图如下：图2.2 信号走向图DDS 输出信号的频率与基准时钟频率的关系由下式给定：fout=kfc/2N2N为波形储存器的字数N为相位累加器的位数K为频率控制字Fc为时钟频率2.2处理器方案单片机处理器的选择是非常重要,如果选择的芯片型号得当,可以使整个系统的软硬件成本降低,而且性能优越,可以具有超乎想象的效果,从而使整个系统更加稳定运行.如果选择的芯片不好,那就会使整个系统的成本增加,从而极大浪费了资源,不利于资源的整合利用,有些甚至不能达到理想的效果,功能和性能不能满足要求等.根据设计系统的需求分析,完成系统的设计同时,各项功能和性能是很明确的,技术指标有一定的具体要求等,如果选择的处理

26、器不好,缺少功能等,势必影响整个系统的运行,就是最基本的设计都完成不完,功能少的处理器无法完成所给的功能,势必造成重新制作,这就极大的浪费资源.如果选择的处理器功能太多,而又用不到也是一种资源的浪费,成本也会升上去.单片机的选型原则是：单片机的芯片的功能要大于系统所需的功能需求；单片机选择大厂的,而不要那些小厂的；选择供应量比较大的,不选择小供应量特别小的；一定要选择比较出名的品牌,不要那些毫不知情的厂家；当然越便宜越好,可以减少成本.通过这些选择的原则,来选择该怎样选择该单片机模块,如下所示三种方案：方案一,处理器采用STM32F103Cx芯片作为该系统的核心控制模块,该处理器是与ARM芯片

27、的内核属于同一个版本,接口相对比较简单,处理器速度相比传统的51单片机,处理速度非常快.相比传统的51系列的单片机,该系列的单片机有许多的资源很有价值,同时该STM32F103Cx处理器已经去除了传统的机器周期等,该处理器的处理速度也非常快,该处理器都是采用模块化设计的,界面也得到了人性化的智能简单,功能大大增多,使用起来很丰富,相比传统的51系列的单片机功能简单,该款单片机有很大的使用价值.同时在该芯片的可以连接更多的外部组件,最后达到了低成本和高性能的优点,还具有低功耗的节能优点等,按性能可以分为增强型的处理器和基本型的处理器,通过设置内置的参数可以使整个系统达到更加的性能,在该系统中,该

28、芯片可以完全满足该设计的需要,能够实现该设计的全部功能,所示该款芯片很适合该系统.方案二,采用AT89C51系列的单片机芯片作为核心控制模块,具有5个中断源,两个优先级,还具有两个16位的定时/计数器,只具有12T模式,内部只有128RAM的大小,工作电压只能为5V作为芯片供电电压,而且内部只有4K的存储空间,很难满足该设计的需求,智能通过编辑器来编程,该芯片缺陷太多,在市场的占有很少,主要是因为该芯片功能偏低,对于现代的科技需求还有一定的差距.在该系统中,由于该芯片功能太少,特别是内存容量比较小,所示不适合该系统.方案三,自行设计的基于FPGA芯片的解决方案.DDS技术的实现依赖于高速、高性

29、能的数字器件.可编程逻辑器件以其速度高、规模大、可编程,以与有强大EDA软件支持等特性,十分适合实现DDS技术.近年来,现场可编程门阵列器件被广泛地应用于数字系统,特别适合信号发生器的设计,可以设计输出信号性能非常好的信号发生器.由上所示,在该基于STM32F103Cx信号发生器系统的核心控制模块,我们采用STM32F103Cx单片机芯片作为该系统的核心模块,该芯片满足设计的需求,不仅能够实现设计的功能,同时还节约浪费,使整个系统达到完美的应用.2.3显示方案通过按键设置的输出波形的控制,通过单片机进行处理分析之后,显示模块能够对这些数值信号进行实时显示数据结果,以下具有两种方案,如下所示：方

30、案一：采用液晶显示器LCD1602型号.液晶显示屏具有体积小、功耗低、显示效果好、抗干扰性强等特点,不仅可以显示数字、字母、特殊符号等字符,还能显示汉字、图形等画面.还具有触摸功能,能够根据输入的信息,智能化的显示等,通过软件编程的方式实现内容显示,编程工作量大.方案二：采用数码管.数码管能够保持长时间工作而消耗较少能源,其可适应较恶劣环境下的数字显示.并且通过BCD编码的方式控制点亮每一段LED,程序编译简单.综合分析比较上述两种方案,基于STM32F103Cx信号发生器系统的显示模块采用液晶显示器显示数据,根据系统设计的需求,液晶显示器已经能够实现数据的显示,而且方便操作,易于管理,同时实

31、现了硬件模块利用的最大化.2.4按键方案在该基于STM32F103Cx信号发生器系统中需要实设置当前的输出波形的参数,需要按键进行设置,有以下两种方案.方案一：采用矩阵式按键电路.其特别适用于键盘数量较多情况下的电路设计,凭借矩阵式的行列扫描方式,设备响应快,而且单片机I/O口占用少.然而矩阵键盘的电路结构较为复杂,编程难度加大.在该系统中需要的按键比较少,所示会造成很大的资源浪费,这种方案不合适.方案二：采用独立式按键电路.其特点是对于每一个按键都需求在处理器中的一个I/O口,但是比较好的时各端口之间的工作状态互不影响.当按键数量较多时,需要大量的端口,造成资源的紧缺,而且功能的扩展也受限.

32、根据该系统,仅仅需要几个按键就能满足要求,则该方案使用于该系统.综合比较上述两种方案,该系统共设置8个按键,按键数量较少,因此采用方案二更加适合该系统,不仅可以节省资源,而且还可以有效控制按键.2.5方案确立通过对该系统认真的分析,根据该系统的需求分析,设计的合理性,再根据以上方案的对比,选出使该系统功能集全和性能优越的方案,如下所示：1单片机模块采用STM32F103Cx单片机作为该基于STM32F103Cx信号发生器系统的核心模块,控制整个系统的软硬件操作；2显示模块采用液晶显示器实时显示当前输出的波形的类型、幅值和频率等数据；3按键模块采用独立按键的方式设置输出波形的类型、幅值和频率等数

33、据.第三章 硬件设计方案3.1系统总体设计在该基于STM32F103Cx的信号发生器系统中硬件的设计采用模块化方案设计,系统包含的模块有电源电路模块、STM32F103Cx处理器模块、按键电路模块、数字液晶器显示模块和AD9833电路模块等.如下图3-1系统总体框图所示.其中处理器模块主要是用来操控整个系统,它是整个软件系统的核心部分,数字液晶显示模块主要是负责实时显示当前设置的输出波形和频率等数据,电源电路模块主要负责根据系统的需要,给整个单片机系统提供电压,从而使整个单片机系统可以获取适合的电压,按键电路模块主要是负责设置输出波形的类型、输出频率的大小和输出波形的幅值等,AD9833模块主

34、要是负责根据处理器输出的信号数据转换成模拟量数据输出到示波器中,示波器根据得到的数据显示相应的波形数据.图3-1 系统总体设计框图3.2处理器模块在该基于STM32F103Cx的信号发生器系统设计中采用的芯片为STM32F103Cx,该款芯片是在ARM内核的基础之上设计开发的,采用了CortexM3内核,具有低成本和高性能等的优点,可以在电路中嵌入内置,具有低功耗的优势,应用在很多应用开发中.该款芯片的时钟频率可以达到最大为72MHZ,在同类系列产品中达到了最佳的性能,基本是时钟频率一般为36MHZ,可以达到32位处理,一般这个时钟频率在32位的产品用户中是很受欢迎的,该产品可以达到最佳性能.

35、开发人员可以重复使用相同的各种设计软件,加强灵活性的产品范围.新的STM32F103Cx标准外设16定时器样本交错模式/秒数字转换器,两个看门狗定时器,有9个通信接口,2个I2C接口,和3个USART接口,CAN接口2.0B主动,以与2个 SPI端口,上电/断电复位功能,具有4-16MHZ的晶振振荡器,具有采样和保持功能,模数转换范围在0-3.6V,具有两个模数转换器.如图3-2处理器模块所示.图3-2 处理器模块3.3AD9833电路模块该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的发生器模块采用AD9833电路模块,AD9833是一块完全集成的高分辨率DDS发生器芯片,仅仅需要一个外部参考

36、时钟、一个低精度电阻器和一个解耦电容器就能产生出高达12.5MHZ的正弦波,可编程波形发生器,能够产生正弦波、三角波和方波输出,能够产生频率范围是0到12.5MHZ之间.频率寄存器为28位；时钟速率为25 MHz,可以实现0.1 Hz的分辨率,精度可以达到0.004HZ,通过3个串行口把数据写入.同样,时钟速率为1 MHz时,AD9833可以实现0.004 Hz的分辨率.工作电压在2.3V-5.5V,工作环境温度在-40摄氏度到105摄氏度之间,有两个输出信号通道,一个是原始信号输出VOUT,另一个是可以放大5倍信号输出的PGA,500hm输出抗组.该模块内部电路有数控振荡器、频率和相位调节器

37、、数模转换器和电压调整器等,该芯片的引脚功能是：VDD是模拟和数字接口部分的电源供电；CAP/2.5V是数字电路工作电压2.5V；DGND是数字地；AGND是模拟地；P是DAC偏差管脚,用来退耦DAC偏差电压；VOUT是电压输出,可以输出模拟或者数字电压；MCLK是数字时钟输入；SDATA时串行数据输入,采用16位串行数据字格式；SCLK是串行时钟输入,数据在时钟下降沿输入；FSYNC是低有效控制输入,数据输入的数据帧是同步信号.如下图3-3 AD9833模块所示,GND连接低电平,VCC连接高电平,CS片选连接单片机的引脚PB9,DAT串行数字输入连接单片机的引脚PB8,时钟CLK连接单片机

38、的引脚PB7,控制FSY连接单片机的引脚PB6,通过接口7和接口8连接示波器进行波形的输出等.图3-3AD9833电路模块3.4按键电路模块该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的按键模块如下图3-4按键电路模块所示,按键主要是用来设置输出的波形类型和输出的波形的幅值,通过按键可以设置输出波形的频率,最大可以设置到999999HZ大小,有六个按键分别设置频率的每位的大小,最后经过设置出的输出频率和输出波形输出等,可以输出的波形三角波、方波和正弦波.图3-4 按键电路模块3.5电源模块该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的电源模块采用5V的电源电压供电,采用USB接口进行连接电源,

39、采用USB接口在现实中非常方便,比如可以连接电脑、充电宝等便捷的电源设备,如下图3-5电源电路模块所示,采用一个0.1uF的电容和一个100uF的电容并联,这两个并联电容的作用是具有滤波的功能.图3-5 电源电路模块3.6显示模块电路该基于STM32F103Cx的信号发生器系统中的数字显示模块采用液晶显示器LCD1602型号,该模块的引脚功能分别是：接口1外接地,接口2外接高电平电压,5V的电压,接口3具有对液晶显示器的对比度进行调整,可以用一个电位器辅助,接口4属于寄存器的选择,当为高电平时可以转换到数据寄存器功能,反之为指令寄存器功能,接口5是读写功能,当为高电平时为读数据功能,反之为写数

40、据功能,接口6是使能功能,可以选择何时读取信息和何时执行指令等功能,接口7到接口14位数据端,接口15和接口16为背光端口等.通过连接引脚4和引脚6和单片机的P25到P26引脚,LCD引脚7接单片机的引脚P00,LCD引脚8接单片机的引脚P01,LCD引脚9接单片机的引脚P02,LCD引脚10接单片机的引脚P03,LCD引脚11接单片机的引脚P04,LCD引脚12接单片机的引脚P05,LCD引脚13接单片机的引脚P06,LCD引脚14接单片机的引脚P07,可以使单片机控制液晶显示器的显示数据,同时引脚1、引脚3、引脚5和引脚16接口连接地,引脚2和引脚15接口连接高电平,如下图3-10数字显示

41、电路模块所示,通过电位器来控制整个液晶显示器的显示对比度.图3-6 数字显示电路模块3.7本章总结在该章中主要是介绍了硬件设计,首先是针对基于STM32F103Cx的信号发生器系统的总体软件进行设计,主要讲解了整个系统的工作流程,接下来开始对各个模块进行详细的介绍,比如电源电路模块、STM32F103Cx处理器模块、按键电路模块、数字液晶器显示模块和AD9833电路模块等详细的硬件设计介绍,根据相应的硬件基础,最后搭建整个系统,达到整个系统物理逻辑的合理,使整个系统达到所需要的功能.同时,还可以给其他同类系统的设计提供一定的技术支持.第四章 软件设计方案4.1系统总体软件设计该基于STM32F

42、103Cx的信号发生器系统的总体软件设计流程图如下图4-1系统总体软件流程设计所示,打开电源,开启程序,硬件进行初始化操作,进行参数的配置,如果初始化不成功则从新初始化,如果初始化成功之后,开启波形输出模块程序,进行波形的输出,通过设置按键来控制输出的波形的幅度和频率等数据,最后通过处理器进行分析综合,最后通过AD9933模块进行波形的输出到示波器中.图4-1 系统总体软件流程设计4.2三角波输出模块软件设计该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的三角波输出模块软件设计如下图4-2三角波输出模块软件设计流程图所示,首先开启程序,再软硬件内部进行初始化操作,如果初始化不成功则从新初始化,如

43、果初始化成功则开启三角波模块程序,再通过按键设置,判断是输出数据是否设置成功,如果数据没有设置成功则继续循环扫描设置,如果检测到数据设置成功,首先把设置的输出数据传输到处理器处理中心进行分析处理,再经过信号发生器输出到示波器.图4-2 三角波输出模块软件设计流程图4.3方波输出模块软件设计该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的方波输出模块软件设计如下图4-3方波输出模块软件设计流程图所示,首先开启程序,再软硬件内部进行初始化操作,如果初始化不成功则从新初始化,如果初始化成功则开启方波模块程序,再通过按键设置,判断是输出数据是否设置成功,如果数据没有设置成功则继续循环扫描设置,如果检测到

44、数据设置成功,首先把设置的输出数据传输到处理器处理中心进行分析处理,再经过信号发生器输出到示波器.图4-3 方波输出模块软件设计流程图4.4正弦波模块软件设计该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的正弦波输出模块软件设计如下图4-4正弦波输出模块软件设计程序流程图所示,首先开启程序,再软硬件内部进行初始化操作,如果初始化不成功则从新初始化,如果初始化成功则开启正弦波模块程序,再通过按键设置,判断是输出数据是否设置成功,如果数据没有设置成功则继续循环扫描设置,如果检测到数据设置成功,首先把设置的输出数据传输到处理器处理中心进行分析处理,再经过信号发生器输出到示波器.图4-4 正弦波输出模块

45、软件设计路程图4.5按键子程序模块软件设计该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的按键子程序模块软件设计如下图4-5按键子程序模块软件设计流程图所示,首先进行开启程序,硬件进行初始化操作,进行参数的配置,如果初始化不成功则从新初始化,如果初始化成功之后,开启按键的扫描功能,判断扫描按键是否有数据输入,如果按键没有数据输入则继续扫描按键检测,如果检测到按键有数据输入则开始把这些数据首先传输到处理器中进行分析处理,再到数字显示液晶器上显示出来等.图4-5 按键子程序模块软件设计流程图4.6数字显示模块软件设计该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的数字显示液晶采用显示器LCD1602型

46、号实现信号发生器波形的输出,显示模块的流程图如下图4-6数字显示模块软件设计流程图所示,开启电供电,软硬件进行初始化操作,如果初始化不成功则继续初始化,如果初始化成功则开启液晶显示器读写程序,如果检测到液晶显示器空闲则就开始向液晶显示器中写数据,最后把这些数据实时显示出来.图4-6 数字显示模块软件设计流程图4.7本章总结在该章中,主要是讲解了整个该基于STM32F103Cx的信号发生器系统的软件设计,首先介绍了该系统的软件整体的流程框架,该软件的操作流程,接着讲解了三角波输出模块的软件设计、方波输出模块的软件设计、正弦波输出模块的软件设计、按键子程序模块软件设计和数字显示模块的软件设计等软件

47、设计规划,同时还详细介绍了各个模块的软件设计等软件流程图,通过这些详细的设计,给以后的维修提供一定的维修建议,同时可以给同类其他设计提供一些技术的支持,加强我国的软件设计水平等.第五章 系统调试系统调试包含了系统硬件调试以与系统的软件调试,还有就是两者结合调试,即软硬件联合调试,系统的硬件调试主要是用来进行排除一些电路设计上的故障,常用的调试工具如万用表进行调试,系统的软件调试是利用软件的开发工具进行在线的仿真运行与调试,找到程序中的错误.现在进行硬件的调试工作,连接电源,打开开关进行调试,有图5-1调试结果显示1可以看出,为该基于STM32F103Cx信号发生器系统设计的硬件板卡,主要包含几

48、个部分,分别是数字显示模块、单片机STM32F103Cx模块、电源电路模块、AD9833波形发生器模块和按键模块等组成.图5-1 调试显示1经过硬件的搭建之后,开始进行软件的调试,首先系统进行软件的初始化操作,如下图5-2调试显示2所示为初始化之后的状态,此时显示的数据为输出频率为10KHZ,幅度是5,输出的波形是三角波.图5-2 调试显示2通过按键可以设置输出波形的频率,如下图5-3调试显示3所示可以看出,此时输出的频率是54567HZ,可以看出发生了变化,通过六个按键来改变每一位的数据大小,相应输出不同频率的波形.图5-3 调试显示3同时通过按键还可以改变输出波形的类型,如下图5-4调试显

49、示4所示,可以看出,此时可以看出输出的波形发生了变化,此时输出的波形是正弦波,显示为SIN_WAVE字样,继续通过按键设置,如下图5-5调试显示5所示,此时显示输出的波形是方波,显示SQU_WAVE字样.图5-4 调试显示4图5-5 调试显示5通过硬件程序的调试之后开始进行连接示波器接口,如下图5-6调试显示6所示,此时显示输出的是三角波,相应的示波器显示的也是三角波.图5-6调试显示6同理,输出正弦波如图5-7调试显示7图5-7调试显示7同理,输出方波如图5-8调试显示8图5-8调试显示8经过软硬件的调试工作,该系统的各项功能都满足设计的需求,性能也达到设计的要求,经过合理的分析之后,该系统

50、设计的功能和性能都圆满完成,经过调试测试结果验证了设计的准确性和完备性,最后提交设计任务,开始撰写论文,进行详细描述.第六章 结论该系统设计的基于STM32F103Cx的信号发生器系统顺利完成.通过一段时间的实物设计与论文写作,自己的动手动脑能力得到了很大提升,尤其是在结合传感器的微型控制设备在实际生活中的应用实践方面收获颇多.经软硬件调试,设备各功能模块可正常稳定运行,基于STM32F103Cx的信号发生器系统具有良好的灵敏度和准确度.在该系统的设计工程中,工作时间有限,再加上自己的硬件开发能力有所欠缺,整个系统存在着一些依旧需要改进的地方.比如在基于STM32F103Cx的信号发生器系统中

51、的软件设计方面需要继续加大软件的设计方案,和软件的设计流程,经过不断的优化,从而使该系统能够实现最大化的性能,在满足设计中的功能同时,针对该系统的性能方面做一些性能优化,使整个系统能够反应更加灵敏,性能更加优越.希望在以后的学习工作中,自己能够逐步完善该设备.最后还可以给其他系统的研发提供一定的技术支持,能够给这方面的技术做一点贡献.参考文献1 刘磊. 基于STM32F103单片机的函数发生器设计J. 科技致富向导, 2014:109-109.2 杨佳, 王英志. 基于STM32F103单片机的智能购物车系统设计J. 科技视界, 2013:26-27.3 匡昕. 基于STM32F103单片机的

52、LED演艺灯光控制系统J. 电子技术与软件工程, 2016:256-257.4 唐菲, 夏如迪. 一种基于STM32F103单片机的智能震动监控器:, CN 205318170 UP. 2016.5 李乃峰. 基于STM32F103单片机实现真空断路器智能分界控制器的设计J. 科技研究, 2014.6 杨伟, 肖义平. 基于STM32F103C8T6单片机的LCD显示系统设计J. 微型机与应用, 2014:29-31.7 邢洋, 李立伟, 张洪伟. 基于STM32单片机的CAN总线分析仪的设计J. 青岛大学学报, 2013, 28:19-21.8 徐娟娟. STM32F103的汽车远程防盗系统

53、设计J. 单片机与嵌入式系统应用, 2012, 12:66-69.9 谭志平, 余亮, 李超. 基于AT89C51的数字信号波形发生器的设计J. 中小企业管理与科技, 2015:167-167.10 李炳坤. 单片机波形发生器J. 电子技术, 1990:37-38.11 江明. 单片机控制多功能信号发生器D. #大学, 2004.12 孙勤江, 沈彬. 基于单片机的信号发生器设计J. 石油和化工设备, 2014:19-22.13 陈琼. 一种单片机控制超低频任意信号波形发生器J. #航空大学学报, 2004, 18:72-74.14 李名兆. 单片机控制的多功能函数发生器J. 仪表技术, 19

54、95:23-24.15 张培仁.基于汇编语言编程 MCS-51 单片机原理与应用M.:清华大学,2003.16 钱宏. 单片机在多种波形发生器中的应用J. 现代电子技术, 2003:13-14.17 雷发禹, 宾淼林, 李永枧,等. 基于单片机的信号发生器设计与仿真J. 邵阳学院学报, 2009, 6:39-43.18 俞眉孙. 高精度高稳定度电流与方波发生器的研制J. 实验科学与技术, 2005, 3:184-186.附录A：原理图附录B：系统主程序#include delay.h#include sys.h#include AD9833.h#include Key.h#include Ti

55、mer2.h#include LCD1602.hunsigned char Fre_Amp=5;unsigned char Fre_Con=0;/波形选择 0三角波 1正弦 2方波unsigned char View_Change=1;unsigned char Fre_View_Data9=010000Hz;unsigned char Fre_Set_Data6=0,1,0,0,0,0,;unsigned long Fre_Data=10000;int maindelay_init;delay_ms;NVIC_Configuration;InitLcd;/初始化液晶AD9833_GPIO_I

56、nit;/初始化AD9833Key_GPIO_Init;/初始化按键引脚TIM2_Int_Init;/定时器定时10msAD9833_WaveSeting;AD9833_AmpSet;/设定幅值Key_Second_Function_Long=Key_Value_1;/设定长按功能Lcd_1602_word;Lcd_1602_word;whileif/显示区域View_Change=0;Lcd_1602_word;/显示频率LCD_Write;LCD_WriteData;/显示档位switch/显示波形类型case 0:Lcd_1602_word;break;case 1:Lcd_1602_w

57、ord;break;case 2:Lcd_1602_word;break;if/按键区域Key_Change=0;View_Change=1;if/第一个按键长按Fre_Con+;ifFre_Con=0;if/幅值增加ifFre_AmpFre_Amp+;AD9833_AmpSet;if/幅值减少if0Fre_Amp-;AD9833_AmpSet;if2/频率设定区域Fre_Set_DataKey_Value-3+;ifFre_Set_DataKey_Value-3=0;Fre_Data=Fre_Set_Data0;Fre_Data=Fre_Data*10;Fre_Data=Fre_Data+F

58、re_Set_Data1;Fre_Data=Fre_Data*10;Fre_Data=Fre_Data+Fre_Set_Data2;Fre_Data=Fre_Data*10;Fre_Data=Fre_Data+Fre_Set_Data3;Fre_Data=Fre_Data*10;Fre_Data=Fre_Data+Fre_Set_Data4;Fre_Data=Fre_Data*10;Fre_Data=Fre_Data+Fre_Set_Data5;AD9833_WaveSeting;/向9833模块传输设定好的频率Fre_View_Data0=Fre_Set_Data0+0x30;Fre_Vie

59、w_Data1=Fre_Set_Data1+0x30;Fre_View_Data2=Fre_Set_Data2+0x30;Fre_View_Data3=Fre_Set_Data3+0x30;Fre_View_Data4=Fre_Set_Data4+0x30;Fre_View_Data5=Fre_Set_Data5+0x30;void TIM2_IRQHandler /TIM3中断ifTIM_GetITStatus != RESET /检查TIM3更新中断发生与否Key_Acquisition;TIM_ClearITPendingBit; /清除TIMx更新中断标志#include AD9833

60、.hvoid AD9833_GPIO_InitGPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init;/*函 数 名: AD9833_Write*功能说明: 向SPI总线发送16个bit数据*形 参: TxData : 数据*返 回 值: 无*/void AD9833_Writeunsigned char i;AD9833_SCK=1;delay_us;AD9833_FSYNC=1;delay_us;AD9833_FSYNC=0;delay_us;for