基于STM32的信號發(fā)生器論文

1、攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文）基于STM32的信號發(fā)生器 學生姓名： 鐘尚儒 學生學號： 201310501084 院（系）： 電氣信息工程學院 年級專業(yè)： 2013級電子信息工程2班 指導教師： 郝小江 助理指導教師： 二一七年六月攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘要摘要隨著電子產品的發(fā)展，單片機處理器的應用已經廣泛的應用在日常生活中每個角落。特別是在信號發(fā)生器中的應用，信號發(fā)生器在各行各業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，具有非常重要的意義，現實中接觸比較多的是教學實踐中，由于很多學校的研究經費有限，不能購買精密的昂貴器材等原因，急需要設計出一款智能化，低成本的信號發(fā)生器，可以輸出三角波、方波和正弦波等

2、波形。在本文中根據現實的需求設計出一款基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)，整體設計由處理器模塊、電源電路模塊、AD9833電路模塊、按鍵電路模塊、數字顯示模塊幾部分組成。處理器模塊采用STM32F103Cx芯片作為該系統(tǒng)的核心處理模塊，采用LCD1602液晶顯示器作為該系統(tǒng)的顯示模塊，按鍵方案采用獨立按鍵的方式更加容易控制設置輸出數據，電源接口采用USB方式，使用更加方便。該設計系統(tǒng)采用altium designer等軟件完成PCB版的設計，然后進行焊接和測試等，采用keil軟件進行編寫軟件程序，完成波形的輸出等，最后經過軟硬件設計出可輸出三種波形：三角波、方波和正弦波。該系統(tǒng)的設計具

3、有簡單和性能優(yōu)良等優(yōu)點，最后經過軟硬件的調試之后，各項功能和性能都滿足設計的要求。關鍵詞：STM32F103Cx單片機,AD9833電路模塊，液晶顯示器1602,DDS信號發(fā)生器II攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） ABSTRACT 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 applicatio

4、n of signal generator, the signal generator in all walks of 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 urge

5、nt need to design an intelligent, low-cost signal generator, 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

6、 module, AD9833 circuit module, key circuit module, digital display module composed of several parts. Processor module using STM32F103Cx chip as the core of the system processing module, the use of LCD1602 LCD display as the system's display module, the key program using a separate key way easie

7、r to control the output data output, power interface using USB way, the use of more convenient. The design system uses altium designer and other software to complete the PCB version of the design, and then welding and testing, the use of keil software to write software programs to complete the outpu

8、t of the waveform, and finally through the hardware and software design can 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

9、 design requirements.Key words: STM32F103Cx single-chip,AD9833 circuit module, liquid crystal display 1602, DDS Signal generatorII攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論目 錄摘要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 課題背景與研究意義11.2國內外研究現狀和發(fā)展趨勢31.3本文研究的主要內容5第二章 系統(tǒng)方案設計62.1DDS的基本原理62.2處理器方案72.3顯示方案92.4按鍵方案92.5方案確立10第三章 硬件設計方案113.1系統(tǒng)總體設計113.2處理器

10、模塊123.3AD9833電路模塊123.4按鍵電路模塊133.5電源模塊143.6顯示模塊電路153.7本章總結16第四章 軟件設計方案174.1系統(tǒng)總體軟件設計174.2三角波輸出模塊軟件設計174.3方波輸出模塊軟件設計184.4正弦波模塊軟件設計194.5按鍵子程序模塊軟件設計204.6數字顯示模塊軟件設計214.7本章總結22第五章 系統(tǒng)調試23第六章 結論29參考文獻30附錄A：原理圖31附錄B：系統(tǒng)主程序33致謝49第1章 緒論1.1 課題背景與研究意義 隨著二十世紀四十年代電子儀器時代的興起到現在，示波器和函數信號發(fā)生器的技術越來越成熟，精度和集成度越來越高，體積也越來越小。并

11、且有了各種不同種類為了滿足特殊測試的便攜式示波器和信號發(fā)生器的出現。本文根據函數信號發(fā)生器的原理，設計了一款適合野外、教學等檢測的便攜式信號發(fā)生器系統(tǒng)。信號發(fā)生器是應用在電子電路以及測試實驗等領域的一種常用信號源，它是一種電信號設備，是電子測量及計量工作嚴格的技術設備。所以信號發(fā)生器的應用是非常廣泛的，同示波器、頻率計一樣是最基本的、最普通的電子儀器，幾乎大部分的電參量都要用到它。近年隨著GSM、GPRS、3G、Bluetooth乃至已經被提出的標準的4G等移動通信以及LMDS、無線本地環(huán)路等無線接入的發(fā)展，同時加上合成孔徑雷達、多普勒沖雷達等現代軍事、國防、航天航空等在科技上的不斷創(chuàng)新與進步

12、，世界各國非常重視頻率合成技術的發(fā)展。所有的這些社會需求以及微電子技術、計算機技術、信號處理技術等本身不斷進步都極大刺激了數字頻率合成器技術的發(fā)展。在日常生產中頻率發(fā)生器必不可少，然而單一的頻率顯然無法滿足現代的需要，人們往往需要一個頻率、幅度都能自動調節(jié)的信號源。但是傳統(tǒng)的信號發(fā)生器電路復雜，使用不方便。而采用直接數字合成芯片DDS及外加D/A轉換芯片構成的信號源，可產生正弦波、調頻/幅波及方波等，并且其信號的頻率和幅度都可以按照需求控制非常方便。而且相比傳統(tǒng)的信號源DDS有著體積小、功耗低、成本低等特點。在信源提供上相比傳統(tǒng)發(fā)生器穩(wěn)定可靠，其這一特點深受大家喜愛。相信隨著科技的發(fā)展DDS技

13、術將會朝著更小體積，更低功耗，更強大的穩(wěn)定性方面發(fā)展。隨著現代電子技術的不斷發(fā)展,在通信系統(tǒng)中往往需要在一定頻率范圍內提供一系列穩(wěn)定和準確的頻率信號,一般的振蕩器已經不能滿足要求,這就需要頻率合成技術。直接數字頻率合成(DirectDigitalFrequen2cySynthesis,DDS)是把一系列數據形式的信號通過D/A轉換器轉換成模擬量形式的信號合成技術。DDS具有相對帶寬、頻率轉換時間的短、頻率分辨率高、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、產生寬帶正交信號及其他多種調制信號等優(yōu)點，DDS現已廣泛應用于接收機本振、信號發(fā)生器、儀器、通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)等,尤其適合于跳頻無線通信系統(tǒng)。本課題研究的

14、主要目的是：根據市場的調查通過學習和研究，學習單片機系統(tǒng)的基本原理。在本文中根據現實的需求設計出一款基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)，整體設計由處理器模塊、電源電路模塊、AD9833電路模塊、按鍵電路模塊、數字顯示模塊幾部分組成。處理器模塊采用STM32F103Cx芯片作為該系統(tǒng)的核心處理模塊，采用LCD1602液晶顯示器作為該系統(tǒng)的顯示模塊，按鍵方案采用獨立按鍵的方式更加容易控制設置輸出數據，電源接口采用USB方式，使用更加方便。該設計系統(tǒng)采用altium designer等軟件完成PCB版的設計，然后進行焊接和測試等，采用keil軟件進行編寫軟件程序，完成波形的輸出等，最后經過軟

15、硬件設計出可輸出三種波形：三角波、方波和正弦波。該系統(tǒng)的設計具有簡單和性能優(yōu)良等優(yōu)點，最后經過軟硬件的調試等。731.2國內外研究現狀和發(fā)展趨勢早在1971年，美國學者提出了全數字技術，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形，人們把之稱為直接數字頻率合成器（DDS）。但是限于當時微電子技術和數字信號處理技術限制，DDS并沒有得到足夠重視。隨著現代超大規(guī)模集成電路集成工藝的高速發(fā)展，使得數字頻率合成技術得到了質的飛躍，近幾年來，隨著DDS技術的不斷完善和發(fā)展，其輸出頻率、雜散、相位噪聲、功耗、集成化等各項性能指標較早期產品已有大大提高，出現了一系列的優(yōu)秀產品。由于其在頻率合成以及信號調制等方面出色的性能

16、，應用范圍已擴展到通信、宇航、遙控遙測、儀器儀表等各項電子領域。就目前市場來說國外公司任然是DDS芯片主要提供廠商，如AD、高通（Qualcomm）、Stanford。信號源被稱為信號發(fā)生器或振蕩器,有著非常廣泛的應用在工業(yè)生產和技術教育領域。今天信號發(fā)生器一直保持高速發(fā)展，信號發(fā)生器技術自開發(fā)以來,引導技術趨勢是日本橫河,安捷倫、美國泰克和其他外國幾個主要設備公司。信號發(fā)生器不僅構成一個獨立的來源,并且可以部分高性能網絡分析儀,頻譜分析儀,和其他自動化測試設備聯(lián)合。關鍵技術在于信號發(fā)生器多種高性能儀器支持技術,因為它可以提供高品質的精密信號源和掃描源代碼,您可以極大地簡化了檢測相應的系統(tǒng)程序

17、,降低測試成本,大大提高檢測精度。安捷倫33250型生產函數/任意波形發(fā)生器能夠產生穩(wěn)定、準確和低失真任意波形的輸出頻率范圍1uhz 80 mhz,和10 mvpp 10 vpp的輸出振幅，該公司生產的8648D射頻信號發(fā)生器的頻率覆蓋范圍更可高達9kHz4GHz。美國福祿克FLUKE-25模型的信號發(fā)生器是為數不多的幾個儀器大多數現有的測試設備功能的多樣性,可以生產高質量的波形和頻率計合并在任何條件下,可以得到低失真正弦波和三角波,也可以給小超調快邊方波,最高頻率可達5 mhz,最大輸出振幅可達10 vpp。美國泰克生產的DTG5000 信號發(fā)生器的采樣率達到最高3.35 Gb/s(數據)。

18、也有很多類似的儀器,如南京盛聚氨酯儀器有限公司,有限公司SPF120DDS信號發(fā)生器,Varco儀器制造HG1600H數字合成函數/任意波形信號發(fā)生器。國產SG1060數字合成信號發(fā)生器能雙通道同時輸出高分辨率、高精度、高可靠性的各種波形，頻率覆蓋范圍為1Hz60MHz。國產S1000型數字合成掃頻信號發(fā)生器通過新技術和新器件可以實現高精度、寬頻帶的掃頻源，同時應用DDS和鎖相技術，使頻率范圍從1MHz1024MHz能精確地分辨到100Hz，它不僅是一臺高精度的掃頻源，也是一臺高精度的標準信號發(fā)生器。當然還有很多其它的信號發(fā)生器，他們各有各的優(yōu)點，但是信號發(fā)生器總的趨勢將向著高頻率精度、寬頻率

19、覆蓋、多用途、多功能、自動化和智能化方向發(fā)展。雖然我國己經開始研制信號發(fā)生器，并取得了可喜的成果，但總的來說，我國信號發(fā)生器還沒有形成真正的產業(yè)。我國目前在信號發(fā)生器的種類和性能都與國外同類產品存在較大的差距，因此加緊對這類產品的研制顯得迫在眉睫。目前，國際上的任意信號發(fā)生器主要體現在以下幾個方面：（1）輸出頻率越來越高。過去，合成頻率的限制使任意信號發(fā)生器的應用局限于地質、生物和機械等領域。在這些領域中，合成的信號可能是很復雜的，但通常處于較低的頻率。隨著集成電路技術的發(fā)展。高速的存儲器和D/A轉換器的出現使合成的頻率得到很大的提高，從而能夠在通訊、計算機和顯示等領域得到廣泛的應用。（2）信

20、號輸入方式更加方便。對于任意信號發(fā)生器，一個重要的問題是如何把信號以數據的形式輸入到RAM中去，過去的方法是逐點輸入，即事先把數據計算好，然后逐點地輸入到RAM中，這種方式費力且速度慢?，F代任意信號發(fā)生器的信號如輸入方法可分為三類：一是利用信號分析儀或數字存儲示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）先把信號數字化，然后由軟件驅動輸入到RAM中。二是利用數字板或屏幕作圖方法。三是利用函數表達式輸入。復雜的信號由有限個比較簡單的信號復合成，v=f（t）。由于這種方法直觀且不需增加硬件，為大多數任意信號發(fā)生器所采用，另外有的任意信號發(fā)生器還建立了信號庫，可直接調出使

21、用。（3）輸出通道增多。當前，單通道的任意信號發(fā)生器在眾多場合得到很好的應用。但是越來越多的用戶要求任意信號發(fā)生器能多通道同步輸出。對多通道的任意信號發(fā)生器的需求最多是來自于測試現代通信裝置中需要的同相或正交的信號。1.3本文研究的主要內容隨著以單片機科學技術的發(fā)展和信號發(fā)生器技術的發(fā)展，小型系統(tǒng)逐漸的影響著人們的日常生活，給人們的生活帶來了方便。下面主要介紹各章節(jié)的主要內容：第一章主要是介紹該設計的研究背景及意義，說明設計該系統(tǒng)具有重大的意義，提出了在該文中需要設計的目的；第二章主要是介紹該系統(tǒng)設計的方案研究，包括處理器方案、數字顯示模塊方案和按鍵方案等，分析比較了幾種方案的對比，挑選出適合

22、該系統(tǒng)的最好的方案；第三章主要介紹硬件設計方案，給出每個模塊的詳細設計方案，例如電源電路模塊、STM32F103Cx處理器模塊、按鍵電路模塊、數字液晶器顯示模塊和AD9833電路模塊等；第四章主要是介紹軟件設計方案，主要詳細講解了各個模塊的軟件設計和軟件設計的流程圖，包括系統(tǒng)總體設計、三角波輸出模塊的軟件設計、方波輸出模塊的軟件設計、正弦波輸出模塊的軟件設計、按鍵子程序模塊軟件設計和數字顯示模塊的軟件設計等；第五章主要是介紹系統(tǒng)的調試過程，主要講解了該系統(tǒng)的調試運行狀態(tài)等，最后給出軟硬件調試結果顯示；第六章主要是總結展望，講述后期需要做哪些工作，需要哪些的改進方案等。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論

23、文） 系統(tǒng)方案設計第二章 系統(tǒng)方案設計2.1DDS的基本原理隨著DDS技術的不斷發(fā)展，DDS的集成芯片早已投入生產和商業(yè)中。在經過了不斷的完善后，如今的芯片廠商（Qualcomm公司 AD公司 standford Telecom）生產的DDS芯片高度集成化，且外接元件需求極少，使用也極其方便。由于科技的發(fā)展，可編程邏輯器件的出現使得自行使用可編程邏輯器件設計DDS變成了可能。DDS在實現中需要高速和高性能的數字器件，而可編程邏輯器件的高速、高性能、可編程、低功耗等特性使它成為DDS設計的不二之選。且由于他的高集成使得整個體積大大減小，在各項應用上更廣闊。直接數字頻率合成技術是從相位概念出發(fā)，直

24、接對參考正弦信號進行抽樣，得到不同的相位，通過數字計算技術產生對應的電壓幅度，最后濾波平滑輸出所需頻率。下圖為DDS基本原理圖圖2.1 DDS基本原理圖直接數字式頻率綜合器DDS（Direct Digital Synthesizer），實際上是一種分頻器：通過編程頻率控制字來分頻系統(tǒng)時鐘（SYSTEM CLOCK）以產生所需要的頻率。DDS 有兩個突出的特點，一方面，DDS工作在數字域，一旦更新頻率控制字，輸出的頻率就相應改變，其跳頻速率高；另一方面，由于頻率控制字的寬度寬（48bit 或者更高），頻率分辨率高。相位累加器在頻率時鐘fc脈沖的作用下，相位累加器的寄存器輸出與加法器控制字K相加，

25、其結果從端口輸出。由于fc不斷的發(fā)生時鐘脈沖，這樣相位累加器就可以不斷的產生數據。相位累加器產生的數據從端口輸出后，其數據被看作為波形儲存器ROM的尋址地址這樣就可把存儲在波形存儲器內的波形抽樣值（二進制編碼）經查找表查出（可以看成是一種映射），完成相位到相應幅值轉換。波形存儲器的輸出送到D/A 轉換器，D/A 轉換器將波形幅值轉換成所需要的合成頻率的信號。而這個低通濾波器可以用DSP 編程完成，示意框圖如下：圖2.2 信號走向圖DDS 輸出信號的頻率與基準時鐘頻率的關系由下式給定：fout=k×fc/2N2N為波形儲存器的字數N為相位累加器的位數K為頻率控制字Fc為時鐘頻率2.2處

26、理器方案單片機處理器的選擇是非常重要，如果選擇的芯片型號得當，可以使整個系統(tǒng)的軟硬件成本降低，而且性能優(yōu)越，可以具有超乎想象的效果，從而使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定運行。如果選擇的芯片不好，那就會使整個系統(tǒng)的成本增加，從而極大浪費了資源，不利于資源的整合利用，有些甚至不能達到理想的效果，功能和性能不能滿足要求等。根據設計系統(tǒng)的需求分析，完成系統(tǒng)的設計同時，各項功能和性能是很明確的，技術指標有一定的具體要求等，如果選擇的處理器不好，缺少功能等，勢必影響整個系統(tǒng)的運行，就是最基本的設計都完成不完，功能少的處理器無法完成所給的功能，勢必造成重新制作，這就極大的浪費資源。如果選擇的處理器功能太多，而又用不到也是

27、一種資源的浪費，成本也會升上去。單片機的選型原則是：單片機的芯片的功能要大于系統(tǒng)所需的功能需求；單片機選擇大廠的，而不要那些小廠的；選擇供應量比較大的，不選擇小供應量特別小的；一定要選擇比較出名的品牌，不要那些毫不知情的廠家；當然越便宜越好，可以減少成本。通過這些選擇的原則，來選擇該怎樣選擇該單片機模塊，如下所示三種方案：方案一，處理器采用STM32F103Cx芯片作為該系統(tǒng)的核心控制模塊，該處理器是與ARM芯片的內核屬于同一個版本，接口相對比較簡單，處理器速度相比傳統(tǒng)的51單片機，處理速度非?？臁Ｏ啾葌鹘y(tǒng)的51系列的單片機，該系列的單片機有許多的資源很有價值，同時該STM32F103Cx處理

28、器已經去除了傳統(tǒng)的機器周期等，該處理器的處理速度也非常快，該處理器都是采用模塊化設計的，界面也得到了人性化的智能簡單，功能大大增多，使用起來很豐富，相比傳統(tǒng)的51系列的單片機功能簡單，該款單片機有很大的使用價值。同時在該芯片的可以連接更多的外部組件，最后達到了低成本和高性能的優(yōu)點，還具有低功耗的節(jié)能優(yōu)點等，按性能可以分為增強型的處理器和基本型的處理器，通過設置內置的參數可以使整個系統(tǒng)達到更加的性能，在該系統(tǒng)中，該芯片可以完全滿足該設計的需要，能夠實現該設計的全部功能，所示該款芯片很適合該系統(tǒng)。 方案二，采用AT89C51系列的單片機芯片作為核心控制模塊，具有5個中斷源，兩個優(yōu)先級，還具有兩個1

29、6位的定時/計數器，只具有12T模式，內部只有128RAM的大小，工作電壓只能為5V作為芯片供電電壓，而且內部只有4K的存儲空間，很難滿足該設計的需求，智能通過編輯器來編程，該芯片缺陷太多，在市場的占有很少，主要是因為該芯片功能偏低，對于現代的科技需求還有一定的差距。在該系統(tǒng)中，由于該芯片功能太少，特別是內存容量比較小，所示不適合該系統(tǒng)。方案三，自行設計的基于FPGA芯片的解決方案 。DDS技術的實現依賴于高速、高性能的數字器件?？删幊踢壿嬈骷云渌俣雀摺⒁?guī)模大、可編程，以及有強大EDA軟件支持等特性，十分適合實現DDS技術。近年來，現場可編程門陣列(field programmable ga

30、te array，FPGA)器件被廣泛地應用于數字系統(tǒng)，特別適合信號發(fā)生器的設計，可以設計輸出信號性能非常好的信號發(fā)生器。由上所示，在該基于STM32F103Cx信號發(fā)生器系統(tǒng)的核心控制模塊，我們采用STM32F103Cx單片機芯片作為該系統(tǒng)的核心模塊，該芯片滿足設計的需求，不僅能夠實現設計的功能，同時還節(jié)約浪費，使整個系統(tǒng)達到完美的應用。2.3顯示方案通過按鍵設置的輸出波形的控制，通過單片機進行處理分析之后，顯示模塊能夠對這些數值信號進行實時顯示數據結果，以下具有兩種方案，如下所示：方案一：采用液晶顯示器LCD1602型號。液晶顯示屏具有體積小、功耗低、顯示效果好、抗干擾性強等特點，不僅可以

31、顯示數字、字母、特殊符號等字符，還能顯示漢字、圖形等畫面。還具有觸摸功能，能夠根據輸入的信息，智能化的顯示等，通過軟件編程的方式實現內容顯示，編程工作量大。方案二：采用數碼管。數碼管能夠保持長時間工作而消耗較少能源，其可適應較惡劣環(huán)境下的數字顯示。并且通過BCD編碼的方式控制點亮每一段LED，程序編譯簡單。綜合分析比較上述兩種方案，基于STM32F103Cx信號發(fā)生器系統(tǒng)的顯示模塊采用液晶顯示器顯示數據，根據系統(tǒng)設計的需求，液晶顯示器已經能夠實現數據的顯示，而且方便操作，易于管理，同時實現了硬件模塊利用的最大化。2.4按鍵方案在該基于STM32F103Cx信號發(fā)生器系統(tǒng)中需要實設置當前的輸出波

32、形的參數，需要按鍵進行設置，有以下兩種方案。方案一：采用矩陣式按鍵電路。其特別適用于鍵盤數量較多情況下的電路設計，憑借矩陣式的行列掃描方式，設備響應快，而且單片機I/O口占用少。然而矩陣鍵盤的電路結構較為復雜，編程難度加大。在該系統(tǒng)中需要的按鍵比較少，所示會造成很大的資源浪費，這種方案不合適。方案二：采用獨立式按鍵電路。其特點是對于每一個按鍵都需求在處理器中的一個I/O口，但是比較好的時各端口之間的工作狀態(tài)互不影響。當按鍵數量較多時，需要大量的端口，造成資源的緊缺，而且功能的擴展也受限。根據該系統(tǒng)，僅僅需要幾個按鍵就能滿足要求，則該方案使用于該系統(tǒng)。綜合比較上述兩種方案，該系統(tǒng)共設置8個按鍵，

33、按鍵數量較少，因此采用方案二更加適合該系統(tǒng)，不僅可以節(jié)省資源，而且還可以有效控制按鍵。2.5方案確立通過對該系統(tǒng)認真的分析，根據該系統(tǒng)的需求分析，設計的合理性，再根據以上方案的對比，選出使該系統(tǒng)功能集全和性能優(yōu)越的方案，如下所示：（1）單片機模塊采用STM32F103Cx單片機作為該基于STM32F103Cx信號發(fā)生器系統(tǒng)的核心模塊，控制整個系統(tǒng)的軟硬件操作；（2）顯示模塊采用液晶顯示器實時顯示當前輸出的波形的類型、幅值和頻率等數據；（3）按鍵模塊采用獨立按鍵的方式設置輸出波形的類型、幅值和頻率等數據。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 硬件設計方案第3章 硬件設計方案 3.1系統(tǒng)總體設計在該基于

34、STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)中硬件的設計采用模塊化方案設計，系統(tǒng)包含的模塊有電源電路模塊、STM32F103Cx處理器模塊、按鍵電路模塊、數字液晶器顯示模塊和AD9833電路模塊等。如下圖3-1系統(tǒng)總體框圖所示。其中處理器模塊主要是用來操控整個系統(tǒng)，它是整個軟件系統(tǒng)的核心部分，數字液晶顯示模塊主要是負責實時顯示當前設置的輸出波形和頻率等數據，電源電路模塊主要負責根據系統(tǒng)的需要，給整個單片機系統(tǒng)提供電壓，從而使整個單片機系統(tǒng)可以獲取適合的電壓，按鍵電路模塊主要是負責設置輸出波形的類型、輸出頻率的大小和輸出波形的幅值等，AD9833模塊主要是負責根據處理器輸出的信號數據轉換成模擬量數據輸

35、出到示波器中，示波器根據得到的數據顯示相應的波形數據。 圖3-1 系統(tǒng)總體設計框圖3.2處理器模塊在該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)設計中采用的芯片為STM32F103Cx，該款芯片是在ARM內核的基礎之上設計開發(fā)的，采用了CortexM3內核，具有低成本和高性能等的優(yōu)點，可以在電路中嵌入內置，具有低功耗的優(yōu)勢，應用在很多應用開發(fā)中。該款芯片的時鐘頻率可以達到最大為72MHZ，在同類系列產品中達到了最佳的性能，基本是時鐘頻率一般為36MHZ，可以達到32位處理，一般這個時鐘頻率在32位的產品用戶中是很受歡迎的，該產品可以達到最佳性能。開發(fā)人員可以重復使用相同的各種設計軟件，加強靈活

36、性的產品范圍。新的STM32F103Cx標準外設16定時器（樣本交錯模式/秒）數字轉換器，兩個看門狗定時器，有9個通信接口，2個I2C接口，和3個USART接口，CAN接口（2.0B主動），以及2個 SPI端口，上電/斷電復位功能，具有4-16MHZ的晶振振蕩器，具有采樣和保持功能，模數轉換范圍在0-3.6V，具有兩個模數轉換器。如圖3-2處理器模塊所示。圖3-2 處理器模塊3.3AD9833電路模塊該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的發(fā)生器模塊采用AD9833電路模塊，AD9833是一塊完全集成的高分辨率DDS發(fā)生器芯片，僅僅需要一個外部參考時鐘、一個低精度電阻器和一個解耦電容器就

37、能產生出高達12.5MHZ的正弦波，可編程波形發(fā)生器，能夠產生正弦波、三角波和方波輸出，能夠產生頻率范圍是0到12.5MHZ之間。頻率寄存器為28位；時鐘速率為25 MHz，可以實現0.1 Hz的分辨率，精度可以達到0.004HZ，通過3個串行口把數據寫入。同樣，時鐘速率為1 MHz時，AD9833可以實現0.004 Hz的分辨率。工作電壓在2.3V-5.5V，工作環(huán)境溫度在-40攝氏度到105攝氏度之間，有兩個輸出信號通道，一個是原始信號輸出VOUT，另一個是可以放大5倍信號輸出的PGA，500hm輸出抗組。該模塊內部電路有數控振蕩器、頻率和相位調節(jié)器、數模轉換器和電壓調整器等，該芯片的引腳

38、功能是：VDD是模擬和數字接口部分的電源供電；CAP/2.5V是數字電路工作電壓2.5V；DGND是數字地；AGND是模擬地；COMP是DAC偏差管腳，用來退耦DAC偏差電壓；VOUT是電壓輸出，可以輸出模擬或者數字電壓；MCLK是數字時鐘輸入；SDATA時串行數據輸入，采用16位串行數據字格式；SCLK是串行時鐘輸入，數據在時鐘下降沿輸入；FSYNC是低有效控制輸入，數據輸入的數據幀是同步信號。如下圖3-3 AD9833模塊所示，GND連接低電平，VCC連接高電平，CS片選連接單片機的引腳PB9，DAT串行數字輸入連接單片機的引腳PB8，時鐘CLK連接單片機的引腳PB7，控制FSY連接單片機

39、的引腳PB6，通過接口7和接口8連接示波器進行波形的輸出等。圖3-3 AD9833電路模塊3.4按鍵電路模塊該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的按鍵模塊如下圖3-4按鍵電路模塊所示，按鍵主要是用來設置輸出的波形類型和輸出的波形的幅值，通過按鍵可以設置輸出波形的頻率，最大可以設置到999999HZ大小，有六個按鍵分別設置頻率的每位的大小，最后經過設置出的輸出頻率和輸出波形輸出等，可以輸出的波形三角波、方波和正弦波。圖3-4 按鍵電路模塊3.5電源模塊該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的電源模塊采用5V的電源電壓供電，采用USB接口進行連接電源，采用USB接口在現實中非常方便，

40、比如可以連接電腦、充電寶等便捷的電源設備，如下圖3-5電源電路模塊所示，采用一個0.1uF的電容和一個100uF的電容并聯(lián)，這兩個并聯(lián)電容的作用是具有濾波的功能。圖3-5 電源電路模塊3.6顯示模塊電路該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)中的數字顯示模塊采用液晶顯示器LCD1602型號，該模塊的引腳功能分別是：接口1外接地，接口2外接高電平電壓，5V的電壓，接口3具有對液晶顯示器的對比度進行調整，可以用一個電位器輔助，接口4屬于寄存器的選擇，當為高電平時可以轉換到數據寄存器功能，反之為指令寄存器功能，接口5是讀寫功能，當為高電平時為讀數據功能，反之為寫數據功能，接口6是使能功能，可以選

41、擇何時讀取信息和何時執(zhí)行指令等功能，接口7到接口14位數據端，接口15和接口16為背光端口等。通過連接引腳4和引腳6和單片機的P25到P26引腳，LCD引腳7接單片機的引腳P00，LCD引腳8接單片機的引腳P01，LCD引腳9接單片機的引腳P02，LCD引腳10接單片機的引腳P03，LCD引腳11接單片機的引腳P04，LCD引腳12接單片機的引腳P05，LCD引腳13接單片機的引腳P06，LCD引腳14接單片機的引腳P07，可以使單片機控制液晶顯示器的顯示數據，同時引腳1、引腳3、引腳5和引腳16接口連接地，引腳2和引腳15接口連接高電平，如下圖3-10數字顯示電路模塊所示，通過電位器來控制整

42、個液晶顯示器的顯示對比度。 圖3-6 數字顯示電路模塊3.7本章總結在該章中主要是介紹了硬件設計，首先是針對基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的總體軟件進行設計，主要講解了整個系統(tǒng)的工作流程，接下來開始對各個模塊進行詳細的介紹，比如電源電路模塊、STM32F103Cx處理器模塊、按鍵電路模塊、數字液晶器顯示模塊和AD9833電路模塊等詳細的硬件設計介紹，根據相應的硬件基礎，最后搭建整個系統(tǒng)，達到整個系統(tǒng)物理邏輯的合理，使整個系統(tǒng)達到所需要的功能。同時，還可以給其他同類系統(tǒng)的設計提供一定的技術支持。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 軟件設計方案第四章 軟件設計方案4.1系統(tǒng)總體軟件設計該基

43、于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的總體軟件設計流程圖如下圖4-1系統(tǒng)總體軟件流程設計所示，打開電源，開啟程序，硬件進行初始化操作，進行參數的配置，如果初始化不成功則從新初始化，如果初始化成功之后，開啟波形輸出模塊程序，進行波形的輸出，通過設置按鍵來控制輸出的波形的幅度和頻率等數據，最后通過處理器進行分析綜合，最后通過AD9933模塊進行波形的輸出到示波器中。 圖4-1 系統(tǒng)總體軟件流程設計 4.2三角波輸出模塊軟件設計該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的三角波輸出模塊軟件設計如下圖4-2三角波輸出模塊軟件設計流程圖所示，首先開啟程序，再軟硬件內部進行初始化操作，如果初始化不成

44、功則從新初始化，如果初始化成功則開啟三角波模塊程序，再通過按鍵設置，判斷是輸出數據是否設置成功，如果數據沒有設置成功則繼續(xù)循環(huán)掃描設置，如果檢測到數據設置成功，首先把設置的輸出數據傳輸到處理器處理中心進行分析處理，再經過信號發(fā)生器輸出到示波器。圖4-2 三角波輸出模塊軟件設計流程圖 4.3方波輸出模塊軟件設計該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的方波輸出模塊軟件設計如下圖4-3方波輸出模塊軟件設計流程圖所示，首先開啟程序，再軟硬件內部進行初始化操作，如果初始化不成功則從新初始化，如果初始化成功則開啟方波模塊程序，再通過按鍵設置，判斷是輸出數據是否設置成功，如果數據沒有設置成功則繼續(xù)循環(huán)

45、掃描設置，如果檢測到數據設置成功，首先把設置的輸出數據傳輸到處理器處理中心進行分析處理，再經過信號發(fā)生器輸出到示波器。圖4-3 方波輸出模塊軟件設計流程圖4.4正弦波模塊軟件設計該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的正弦波輸出模塊軟件設計如下圖4-4正弦波輸出模塊軟件設計程序流程圖所示，首先開啟程序，再軟硬件內部進行初始化操作，如果初始化不成功則從新初始化，如果初始化成功則開啟正弦波模塊程序，再通過按鍵設置，判斷是輸出數據是否設置成功，如果數據沒有設置成功則繼續(xù)循環(huán)掃描設置，如果檢測到數據設置成功，首先把設置的輸出數據傳輸到處理器處理中心進行分析處理，再經過信號發(fā)生器輸出到示波器。 圖

46、4-4 正弦波輸出模塊軟件設計路程圖4.5按鍵子程序模塊軟件設計該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的按鍵子程序模塊軟件設計如下圖4-5按鍵子程序模塊軟件設計流程圖所示，首先進行開啟程序，硬件進行初始化操作，進行參數的配置，如果初始化不成功則從新初始化，如果初始化成功之后，開啟按鍵的掃描功能，判斷掃描按鍵是否有數據輸入，如果按鍵沒有數據輸入則繼續(xù)掃描按鍵檢測，如果檢測到按鍵有數據輸入則開始把這些數據首先傳輸到處理器中進行分析處理，再到數字顯示液晶器上顯示出來等。圖4-5 按鍵子程序模塊軟件設計流程圖4.6數字顯示模塊軟件設計該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的數字顯示液晶采用

47、顯示器LCD1602型號實現信號發(fā)生器波形的輸出，顯示模塊的流程圖如下圖4-6數字顯示模塊軟件設計流程圖所示，開啟電供電，軟硬件進行初始化操作，如果初始化不成功則繼續(xù)初始化，如果初始化成功則開啟液晶顯示器讀寫程序，如果檢測到液晶顯示器空閑則就開始向液晶顯示器中寫數據，最后把這些數據實時顯示出來。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 軟件設計方案 圖4-6 數字顯示模塊軟件設計流程圖4.7本章總結在該章中，主要是講解了整個該基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)的軟件設計，首先介紹了該系統(tǒng)的軟件整體的流程框架，該軟件的操作流程，接著講解了三角波輸出模塊的軟件設計、方波輸出模塊的軟件設計、正弦波輸

48、出模塊的軟件設計、按鍵子程序模塊軟件設計和數字顯示模塊的軟件設計等軟件設計規(guī)劃，同時還詳細介紹了各個模塊的軟件設計等軟件流程圖，通過這些詳細的設計，給以后的維修提供一定的維修建議，同時可以給同類其他設計提供一些技術的支持，加強我國的軟件設計水平等。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)調試 第五章 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試包含了系統(tǒng)硬件調試以及系統(tǒng)的軟件調試，還有就是兩者結合調試，即軟硬件聯(lián)合調試，系統(tǒng)的硬件調試主要是用來進行排除一些電路設計上的故障，常用的調試工具如萬用表進行調試，系統(tǒng)的軟件調試是利用軟件的開發(fā)工具進行在線的仿真運行與調試，找到程序中的錯誤?，F在進行硬件的調試工作，連接電源，打開開關進

49、行調試，有圖5-1調試結果顯示1可以看出，為該基于STM32F103Cx信號發(fā)生器系統(tǒng)設計的硬件板卡，主要包含幾個部分，分別是數字顯示模塊、單片機STM32F103Cx模塊、電源電路模塊、AD9833波形發(fā)生器模塊和按鍵模塊等組成。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 系統(tǒng)調試 圖5-1 調試顯示1經過硬件的搭建之后，開始進行軟件的調試，首先系統(tǒng)進行軟件的初始化操作，如下圖5-2調試顯示2所示為初始化之后的狀態(tài)，此時顯示的數據為輸出頻率為10KHZ，幅度是5，輸出的波形是三角波。圖5-2 調試顯示2通過按鍵可以設置輸出波形的頻率，如下圖5-3調試顯示3所示可以看出，此時輸出的頻率是54567HZ，可

50、以看出發(fā)生了變化，通過六個按鍵來改變每一位的數據大小，相應輸出不同頻率的波形。圖5-3 調試顯示3同時通過按鍵還可以改變輸出波形的類型，如下圖5-4調試顯示4所示，可以看出，此時可以看出輸出的波形發(fā)生了變化，此時輸出的波形是正弦波，顯示為SIN_WAVE字樣，繼續(xù)通過按鍵設置，如下圖5-5調試顯示5所示，此時顯示輸出的波形是方波，顯示SQU_WAVE字樣。圖5-4 調試顯示4圖5-5 調試顯示5通過硬件程序的調試之后開始進行連接示波器接口，如下圖5-6調試顯示6所示，此時顯示輸出的是三角波，相應的示波器顯示的也是三角波。圖5-6調試顯示6同理，輸出正弦波如圖5-7調試顯示7圖5-7調試顯示7同

51、理，輸出方波如圖5-8調試顯示8圖5-8調試顯示8經過軟硬件的調試工作，該系統(tǒng)的各項功能都滿足設計的需求，性能也達到設計的要求，經過合理的分析之后，該系統(tǒng)設計的功能和性能都圓滿完成，經過調試測試結果驗證了設計的準確性和完備性，最后提交設計任務，開始撰寫論文，進行詳細描述。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 結論 第6章 結論該系統(tǒng)設計的基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)順利完成。通過一段時間的實物設計與論文寫作，自己的動手動腦能力得到了很大提升，尤其是在結合傳感器的微型控制設備在實際生活中的應用實踐方面收獲頗多。經軟硬件調試，設備各功能模塊可正常穩(wěn)定運行，基于STM32F103Cx的信號發(fā)

52、生器系統(tǒng)具有良好的靈敏度和準確度。在該系統(tǒng)的設計工程中，工作時間有限，再加上自己的硬件開發(fā)能力有所欠缺，整個系統(tǒng)存在著一些依舊需要改進的地方。比如在基于STM32F103Cx的信號發(fā)生器系統(tǒng)中的軟件設計方面需要繼續(xù)加大軟件的設計方案，和軟件的設計流程，經過不斷的優(yōu)化，從而使該系統(tǒng)能夠實現最大化的性能，在滿足設計中的功能同時，針對該系統(tǒng)的性能方面做一些性能優(yōu)化，使整個系統(tǒng)能夠反應更加靈敏，性能更加優(yōu)越。希望在以后的學習工作中，自己能夠逐步完善該設備。最后還可以給其他系統(tǒng)的研發(fā)提供一定的技術支持，能夠給這方面的技術做一點貢獻。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 參考文獻 參考文獻1 劉磊. 基于STM

53、32F103單片機的函數發(fā)生器設計J. 科技致富向導, 2014(33):109-109.2 楊佳, 王英志. 基于STM32F103單片機的智能購物車系統(tǒng)設計J. 科技視界, 2013(24):26-27.3 匡昕. 基于STM32F103單片機的LED演藝燈光控制系統(tǒng)J. 電子技術與軟件工程, 2016(12):256-257.4 唐菲, 夏如迪. 一種基于STM32F103單片機的智能震動監(jiān)控器:, CN 205318170 UP. 2016.5 李乃峰. 基于STM32F103單片機實現真空斷路器智能分界控制器的設計J. 科技研究, 2014.6 楊偉, 肖義平. 基于STM32F103C8T6單片機的LCD顯示系統(tǒng)設計J. 微型機與應用, 2014(20):29-31.7 邢洋, 李立偉, 張洪偉. 基于STM32單片機的CAN總線分析儀的設計J. 青島大學學報(工程技術版), 2013, 28(1):19-21.8 徐娟娟. STM32F103的汽車遠程防盜系統(tǒng)設計J. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用, 2012, 12(11):66-69.9 譚志平, 余亮, 李超. 基于AT89C51的數字信號波形發(fā)生器的設計J. 中小企業(yè)管理與科技, 2015(3