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低频双相函数信号发生器的设计毕业论文
摘要信号发生器是一种能产生模拟电压波形的设备，这些波形能够校验电子电路的设计。信号发生器广泛用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的信号发生器大部分是函数信号发生器，且特殊波形发生器的价格昂贵。所以本设计使用的是STM32单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、正弦波、锯齿波，波形的频率可用程序控制改变。此系统使用STM32内部的DAC转换器，节约空间和成本。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。两路信号频率范围从1000HZ到2000HZ可调，步进值1HZ，频率准确度不低于3，且每路信号频率和步进值单独程控可调；产生两路频率相同的正弦信号，程控设置其相位差，可以在0360度内变化，设置相位差的精度不大10度；产生的方波占空比在199范围内可调，设置分辨率不低于1。两路信号输出最大幅度不低于25V，每路幅度单独程控可调，设置分辨率不低于100MV；本信号发生器既可实现产生低频信号，也可实现产生高频信号，产生的信号为特定频率信号。关键词信号发生器，STM32，DDS，波形目录双相低频数字信号发生仪论文1第1章绪论411课题背景412数字信号发生器简介4第2章低频信号发生器的方案研究521方案的构思与选择522方案的实现5第3章硬件电路的设计731系统总体框图及其结构分析7311系统框图展示7312双向低频信号发生器的使用方法732硬件模块展示与分析8321STM32单片机模块简介8322显示及控制模块9323电源模块10第4章波形产生及其软件设计1141软件总体设计1142波形产生11421DDS数字法信号合成技术11422矩形波11423三角波12424正弦波13425锯齿波14结论16参考文献17附录一试验完整程序18附录二实验成果展示38双相低频数字信号发生仪论文2第1章绪论11课题背景随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。12数字信号发生器简介数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。凡是产生测试信号的仪器，统称信号源也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电双相低频数字信号发生仪论文3压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。双相低频数字信号发生仪论文4第2章低频双相信号发生器的方案研究21总体方案构思与选择波形发生器可以基于模拟技术，也可以基于数字技术。模拟发生器利用模拟硬件来产生简单的函数，并在需要指定频率的静态正弦波或方波时经常使用。而数字函数发生器采用直接数字综合技术，DAC，数字信号处理。。根据设计要求，为实现发生仪应有的功能，选择使用单片机、定时器、DA转换器作为信号发生部分，由真彩屏作为人机界面的设计思路。构思框图如下图所示。图211构思框图22方案的实现根据双向低频信号发生器的功能需要，我们选用STM32单片机。使用STM32减少了外拓替他芯片，提高了一起的系统可靠性，其计算能力更强，计算速度更快，提高了波形实现的准确度。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCORTEXM3内核。按性能分成两个不同的系列STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基图221STM32单片机本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHZ，是同类产双相低频数字信号发生仪论文5品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHZ，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHZ时，从闪存执行代码，STM32功耗36MA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于05MA/MHZ。控制及显示界面选用的是TFT24寸的LCD液晶显示屏，及电子触摸屏。采用24寸彩色液晶显示屏作为人机交互界面既美观，同时又能直接方便的调节对各通道各波形参数进行调节；在一种对外界完全隔离的环境下工作，不怕灰尘、水汽和油污，能适应各种恶劣环境；可以用任何物体来触摸，稳定性较好；四层结构造成其透光率较低；使用寿命相对较长；屏幕比较便宜；反应灵敏度也较好。双相低频数字信号发生仪论文6第3章硬件电路的设计31系统总体框图及其结构分析311系统框图展示双向低频信号发生器系统主要由CPU、定时器、两路12位DA转换器、控制及显示电路、供电电源等电路组成。系统总体框图如下图所示。ARM32位的CORTEX(TM)M3CPU内置12位DAC1内置12位DAC2TFT24寸触彩色液晶摸显示屏屏通用定时器2供电电源示波器检测STM32F103信号2信号1图3111系统总体框图312双向低频信号发生器的使用方法双向低频信号发生器通过320240彩色触摸屏作为人机界面调节两路波形，波形幅度，波形频率以及方波的占空比和正弦波的相位差。如图3121的显示及控制界面图，触摸通道一下方的开（即打开通道一），点按通道区域波形处,即可改变波形（依次由三角波，正弦波，方波，锯齿波进行循环调节）；在确定波形以后，可点按通道一的频率区进行双相低频数字信号发生仪论文7图3121显示及控制界HZ的频率调节，其中每点按一次频率区依次对频率的千、百、十、个位进行上下调节（上下由调频处的上下按键改变）；点按通道一的幅度区对幅度调节，每点按一次幅度值增加01V；特别的对于方波触摸通道一的占空比处可改变方波的占空比大小由199进行循环，每点按一次增加1；同样的方式对通道二各波形参数进行调节。另外在两路正弦波处于工作显示状态时，可点按相位差处对两路相位差进行调节（0360进行循环），每点按一次相位差增加1。在各通道，各参数都确定以后，触摸左上方“输出”按键，即可输出所要求的波形。、32硬件模块展示与分析321STM32单片机模块简介STM32F103内部主要配置内核ARM32位CORTEXM3CPU，最高工作频率72MHZ，125DMIPS/MHZ。单周期乘法和硬件除法。存储器片上集成32512KB的FLASH存储器。664KB的SRAM存储器。时钟、复位和电源管理2036V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和课编程的电压探测器（PVD）。416MHZ的晶振。内嵌出厂前调校的8MHZRC振荡电路。内部40KHZ的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32KHZ的晶振。低功耗3种低功耗模式休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。调试模式串行调试（SWD）和JTAG接口。图3211STM32最小系统双相低频数字信号发生仪论文8DMA12通道DMA控制器。支持的外设定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和USART。2个12位的US级的A/D转换器（16通道）A/D测量范围036V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。2通道12位D/A转换器STM32F103XC,STM32F103XD,STM32F103XE独有。最多高达112个的快速I/O端口根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I
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用STM32实现函数信号发生器
主题帖子精华
新手入门, 积分 36, 距离下一级还需 -16 积分
在线时间0 小时
用STM32做函数信号发生器，用DAC描点的方式显示出方波，正弦波，锯齿波，通过按键的方式改变波形频率幅度相位，谁有这样的程序，跪求
自己慢慢看，，，，
[mw_shl_code=c,true]#ifndef __BSP_WAVEMAKER_H
#define __BSP_WAVEMAKER_H
#include "stm32f10x.h"
#define DAC_DHR12RD_Address
#define DAC_DHR8R1_Address
#define DAC_DHR12R1_Address
/* DMA 传输数据长度 */
DMA_BufferSize_36
DMA_BufferSize_50
DMA_BufferSize_100
/* 波形类型 * ...
主题帖子精华
中级会员, 积分 466, 距离下一级还需 34 积分
在线时间56 小时
自己慢慢看，，，，
[C] 纯文本查看 复制代码#ifndef __BSP_WAVEMAKER_H
#define __BSP_WAVEMAKER_H
#include \"stm32f10x.h\"
#define DAC_DHR12RD_Address
#define DAC_DHR8R1_Address
#define DAC_DHR12R1_Address
/* DMA 传输数据长度 */
DMA_BufferSize_36
DMA_BufferSize_50
DMA_BufferSize_100
/* 波形类型 */
= 0, /* 矩形波 */
= 1, /* 正弦波 */
= 2, /* 三角波 */
/* 锯齿波 */
WT_NOISE = 4,
/* 正弦波 */
typedef struct
uint32_t F
uint16_t A
/* 三角波 */
typedef struct
uint16_t F
uint16_t A
/* 锯齿波 */
typedef struct
uint32_t F
uint16_t A
/* 矩形波 */
typedef struct
uint32_t F
uint16_t A
/* 噪声 */
typedef struct
uint16_t F
uint16_t A
extern SIN_T
extern RECT_T
extern SAW_T
extern NOISE_T
extern TRIA_T
void InitWaveMaker(void);
void SetupWaveType(uint8_t _ucType,uint32_t _ulFrequency,uint16_t _usAmplitude,
uint8_t _ucDutyCycle);
[C] 纯文本查看 复制代码#include \"stm32f10x.h\"
#include &stdio.h&
#include \"stdlib.h\"
#include \"bsp_WaveMaker.h\"
#include \"arm_math.h\"
/*正弦波*/
/*矩形波*/
/*锯齿波*/
/*三角波*/
uint16_t g_Wave[100];
/*******************************************************************************
* 函数名: InitWaveMaker
* 功能说明：初始化波形发生器。
*******************************************************************************/
void InitWaveMaker(void)
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitS
DAC_InitTypeDef DAC_InitS
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);
/*初始化DAC 通道1 */
DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_T6_TRGO;
DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_N
DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_E
DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
DAC_DMACmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
/* 配置PA4为DAC_OUT1
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =
GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: InitWaveFreq(uint32_t _usFrequency, uint8_t _ucDMABuffuerSize)
* 功能说明: 用于初始化各种波形的产生
参：_usFrequency
表示要产生波形的触发频率，
_ucDMABuffuerSize 表示DMA要传输的数据数。
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
void InitWaveFreq(uint32_t _usFrequency, uint8_t _ucDMABuffuerSize)
DMA_InitTypeDef DMA_InitS
/*初始化定时器*/
TIM_PrescalerConfig(TIM6, 0, TIM_PSCReloadMode_Update);
TIM_SetAutoreload(TIM6,
_usFrequency);
TIM_SelectOutputTrigger(TIM6, TIM_TRGOSource_Update);
/*初始化DMA */
DMA_DeInit(DMA2_Channel3);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = DAC_DHR12R1_A
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&g_W
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = _ucDMABuffuerS
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_D
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_E
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfW
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfW
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_C
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_L
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_D
DMA_Init(DMA2_Channel3, &DMA_InitStructure);
DMA_Cmd(DMA2_Channel3, ENABLE);
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: SetupWaveType
* 功能说明: 用于建立产生各种波形
参：_ucType
表示要产生的波形的类型
_ulFrequency 表示波形的触发频率
_usAmplitude 表示波形的幅值
_ucDutyCycle 表示矩形波的占空比
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
void SetupWaveType(uint8_t _ucType,uint32_t _ulFrequency,uint16_t _usAmplitude,
uint8_t _ucDutyCycle)
TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);
DAC_Cmd(DAC_Channel_1, DISABLE);
switch (_ucType)
case WT_RECT:
/* 方波 */
InitWaveFreq(720000 / _ulFrequency, DMA_BufferSize_100);
/*要先初始化这个*/
for (i = 0; i & _ucDutyC i++)
g_Wave[i] = _usA
for (i = _ucDutyC i & 100; i++)
g_Wave[i] = 0;
case WT_SIN:
/* 正弦波 */
InitWaveFreq(720000 / _ulFrequency,DMA_BufferSize_100);
for (i = 0; i & DMA_BufferSize_100; i++)
g_Wave[i] = 1024+_usAmplitude*sin(2*3.*i/100);
case WT_SAW:
/* 锯齿波 */
InitWaveFreq(720000 / _ulFrequency,DMA_BufferSize_100);
for (i = 0; i & DMA_BufferSize_100; i++)
g_Wave[i] = 100 + i*_usA
case WT_TRIA:
/* 三角波*/
InitWaveFreq(720000 / _ulFrequency,DMA_BufferSize_100);
for (i = 0; i & DMA_BufferSize_100; i++)
g_Wave[i] = 100 + abs(50-i)*_usA
case WT_NOISE:
InitWaveFreq(720000 / _ulFrequency,DMA_BufferSize_100);
for (i = 0; i & DMA_BufferSize_100; i++)
g_Wave[i] = rand()%_usA
DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
[C] 纯文本查看 复制代码//初始化显示的波形是方波
g_Rect.Frequency = 10000;
g_Rect.Amplitude = 2000;
g_Rect.DutyCycle = 50;
InitWaveMaker();
SetupWaveType(WT_RECT,g_Rect.Frequency,g_Rect.Amplitude,g_Rect.DutyCycle);
//产生波形
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回复【2楼】WZTENG:
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这是完整的还是主程序啊，一窍不通啊，能不能给个联系方式啊，拜托了大神~
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回复【2楼】WZTENG:
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大神，可不可以把程序分享出来，拜托了大神
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&回复【4楼】 liaobin :
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在主函数中增加下面的语句就行了，要修改频率、幅值、占空比等参考下面的结构体自己改就行了，g_Wave放在是数据的值。看bsp_WaveMader.c的函数说明就可以了。SetupWaveType()我自己进行了上移操作当初是为了做示波器时用的。
//初始化显示的波形是方波
g_Rect.Frequency = 10000; &//频率
g_Rect.Amplitude = 2000; & //幅值
g_Rect.DutyCycle = 50; & & //占空比
InitWaveMaker(); & & & & & //初始化
SetupWaveType(WT_RECT,g_Rect.Frequency,g_Rect.Amplitude,g_Rect.DutyCycle); &//产生波形
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回复【5楼】WZTENG:
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谢谢分享
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回复【5楼】WZTENG:
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哥们还在吗，我在研究你的这个程序，发现有个小问题，就是把幅值给到满值4095的时候，会有问题
比如，我把占空比调成100，幅值4095的时候并不能输出3.3V，大约是个0.8V的样子
调成4020的时候能达到3.27V左右，如果再调高，就不成了，会是0.xV，请问这是个什么原因？正常情况下不应该是4095对应3.3V吗
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回复【7楼】yangzhen86:
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我有对信号进行了上移操作，比如
g_Wave&=&1024+_usAmplitude*sin(2*3.*i/100);
g_Wave&=&100&+&abs(50-i)*_usA
其中就是我上移的量，你把它去掉就行了。你输入4095加上前面的偏移量就超出了4095所以高部分没了只剩低部分出现0.8V是正常的。
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回复【8楼】WZTENG:
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可是在方波的时候好像没看到上移啊
g_Wave&=&_usA
这样写的话，不就是直接给的么
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回复【9楼】yangzhen86:
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理论上是没错的，实际用示波器测量一下波形，DAC的性能没认真看过手册，具体什么原因现在也不知道。
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您现在那里有没有这个问题？
我再去研究下
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还在吗？ ，请问一下，你程序中用定时器是什么作用？
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