低频双相信号发生器论文 - 图文

低频双向信号发生器

题目名称：基于STM32的低频双相信号发生器的设计

电子信息科学与技术102班：毕研庚 荆东伟

目录

摘要 .................................................................................................................................................. 2 1 课题背景和设计要求 ................................................................................................................... 3

1.1课题背景 ............................................................................................................................ 3 1.2 设计要求 ........................................................................................................................... 3 2 低频信号发生器的方案研究 ....................................................................................................... 4

2.1 总体方案论证与设计 ....................................................................................................... 4 2.2模块结构划分 .................................................................................................................... 4 3 系统设计....................................................................................................................................... 4

3.1 总体框图 ........................................................................................................................... 5 3.2 波形发生原理 ................................................................................................................... 5 3.3 电路连接说明 ................................................................................................................... 5 3.4 程序结构说明 ................................................................................................................... 7 3.5 主要测试结果 ................................................................................................................... 8

3.5.1方波正弦波（1kHZ） ............................................................................................ 8 3.5.2三角波锯齿波（4kHZ） ........................................................................................ 8 3.5.3三角波锯齿波（1kHZ） ........................................................................................ 9

4 主要程序..................................................................................................................................... 10

4.1 main.c ............................................................................................................................. 10 4.2 signalset.c ................................................................................................................... 12 4.3 boxing.c ......................................................................................................................... 35 4.4 DAC_DMA.c ....................................................................................................................... 38 4.5 stm32f10x_it.c ............................................................................................................. 40

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低频双向信号发生器

摘要

本信号发生器是使用的DDS方式查表产生波形，使用 ARM STM32芯片，利用触摸屏显示和设置参数，通过TIM定时器控制，然后利用DA从管脚输出波形。该信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形，并且两路分别输出，输出幅度范围为0~3.30V，频率范围为0~5999HZ，方波占空比从0%~99.9%可调，频率相同时可调节相位差0~360°。

关键字：DDS， STM32，触摸屏， TIM， DA

Abstract

The signal generator is the use of the DDS look-up table to generate waveforms, the use of ARM STM32 chip, controlled by the TIM timer, and then use the DA from the pin output waveform. The signal generator can produce sine wave, square wave, triangle wave, and saw tooth waveform, then output through two pins. The output amplitude range of 0~ 3.30V and the frequency range of 0~5999HZ.Square wave’s duty cycle can be adjusted from 0%~99.9%. Phase difference can be adjusted from 0~360 ° when the frequency is same.

Keyword: DDS STM32 TIM DA

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低频双向信号发生器

1 课题背景和设计要求

1.1课题背景

单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用和广，发展很快。单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。由于具有上述优点，单片机是适用领域已经十分广泛，已经远远超出了计算机科学的领域，小到玩具、信用卡，大到航天器、机器人，从实现数据采集，过程控制，模糊控制等智能控制到人类的日常生活，可以说在人们的生产生活中都离不开单片机,又如智能仪表，实时工控，通信设备、导航系统、家用电器、电子万年历，到计时器、定时器、计数器、频率计电子称，电子血压表等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到是产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，“电脑型”，如智能洗衣机，电脑温控冰箱等。在我国，单片机已广泛的应用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。单片机的应用具有范围广的特点，对各行业的技术改造和产品智能化的升级换代起着重要的推动作用。

函数信号源是使用最广泛的通用信号源，他能提供正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形，有的还同时具有调制和扫描能力。在基础实验中（如大学电子实验室，科研机构研究实验室，工厂开发实验室等），当我们设计了一种电路，为了验证期可靠性和稳定性，就需要给他施加理想中的波形以辨别真伪。如我们可以使用信号源的DC补偿功能对固态电路控制DC偏压电平；我们可对一个怀疑有故障的数字电路，利用信号源的方波输出作为数字电路的时钟，同时使用方波加DC补偿产生有效的逻辑电平模拟输出，观察该电路的运行状况，而证实故障却显的地方。总之利用任意波形发生器这方面的基础功能，能仿真基础实验室所必须的信号。

1.2 设计要求

该低频双相函数信号发生器的两路信号均可程控输出正弦波，方波、三角波和锯齿波；输出最大幅度不低于3.3v，每路幅度单独程控可调，分辨率为10mv；两路信号频率范围从10000Hz到4000Hz可调，步进值为1Hz，频率准确度低于0.5%，且每路信号的频率单独程控可调；频率相同的两路信号，其相位差可以在0~360度内变化，设置相位差的的精度为1度；产生的方波占空比在1%~99%范围内可调，设置分辨率为1%

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低频双向信号发生器

2 低频信号发生器的方案研究

2.1 总体方案论证与设计

信号发生器的实现方法通常有以下几种：

方案一：用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。

方案二：可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

方案三：利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。

方案四：采用STM32单片机，直接连接触摸屏显示的控制。从而减小了系统的成本.也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成.占用空间小,使用芯片少,低功耗。

综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。

2.2模块结构划分

本次设计所研究的就是对所需要的某种波形输出对应的数字信号，在通过D/A转换器和单片机部分的转换输出一组连续变化的0~3.3V的电压脉冲值。在设计时分块来做，按触摸屏显示和设置参数，波形设定，D/A转换三个模块的设计。最后通过联调仿真，完成相应功能。

模块介绍：

1.触摸屏：通过触摸屏来设置并显示参数。 2.波形：通过参数来产生特定的波形（数组）。 3.DA转换：把数字量转换成模拟量输出。

3 系统设计

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低频双向信号发生器

3.1 总体框图

图3.1

3.2 波形发生原理

定义两个数组DA1[4096],DA2[4096]，通过四个函数分别将正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形的点写入数组，通过双通道DA转换为电压值输出。利用TIM定时器控制打点频率，通过修改数组输出时的元素间隔控制输出波形的频率，这种方法容易实现，但是频率过高时波形会出现跳跃失真。

波形调节利用触摸屏实现，每个通道的每个变量分别设置不同的数组，通过调节数组的不同元素控制变量调节时的位，然后将数组转化为十进制数送入各个波形函数中，即可把波形写入DA1[4096]或DA2[4096]通过DA转换输出电压值。

3.3 电路连接说明

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