吳越鴻 馬鑫 張遠(yuǎn)銘 付麗華 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

基于STM32的低成本信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳越鴻 馬鑫 張遠(yuǎn)銘 付麗華 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

信號發(fā)生器又稱為振蕩器，它是一種較為常用的信號源，是輸出各種電子信號的儀器，主要用于調(diào)試、測試電子電路和相關(guān)設(shè)備的參數(shù)。本設(shè)計(jì)提出的信號發(fā)生器裝置，由STM32F103系列單片機(jī)、DDS模塊AD9833、LCD以及按鍵等部分組成，實(shí)現(xiàn)不同頻率和幅度的方波、正弦波、三角波的信號輸出，并具有自動和手動兩種模式，滿足不同場合的使用需求。本裝置具有控制精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定、失真度小，且價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的應(yīng)用前景。

信號發(fā)生器 STM32 AD9833

1 方案概述

STM32F103系列屬于中低端的32位ARM微控制器，本設(shè)計(jì)使用的STM32F103C8T6的片內(nèi)Flash大小為64K，屬于其中的中容量版本[1]。AD9833是ADI公司設(shè)計(jì)制造的一款可進(jìn)行信號波形編程發(fā)生器，它能產(chǎn)生多種波形，如方波、正弦波、三角波等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主控器件為STM32F103C8T6單片機(jī)，通過STM32F103C8T6單片機(jī)控制DDS AD9833產(chǎn)生信號，并且采用調(diào)節(jié)DAC參考電壓實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生器信號幅度的調(diào)節(jié)，并通過按鍵選擇輸出波形、頻率和幅度在LCD1602液晶顯示屏上顯示。

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路整體框圖如圖2．1所示

圖2 .1 硬件電路整體框圖

整個硬件電路通過一個5V直流電源直接供電，而不同的電路模塊需要不同電壓供電，則采用分流和降壓模塊進(jìn)行控制。

各部分的電路設(shè)計(jì)及功能如下。

2．1．1 供電電路

STM32F103系列微控制器的工作電壓在+2．0V~+3．6V之間。由于常用電源為5V，必須采用轉(zhuǎn)換電路把5V電壓轉(zhuǎn)換為2．0~3．6之間。采用電源轉(zhuǎn)換芯片REG1117-3．3輸出固定的3．3V電壓，它是一款正電壓輸出的低壓降三端線性穩(wěn)壓電路，輸入5V電壓，可以輸出固定的3．3V電壓。

2．1．2 單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)

本模塊采用的是單片機(jī)最小系統(tǒng)的集成模塊，該最小系統(tǒng)由STM32F103C8T6單片機(jī)芯片、供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、啟動配置電路和程序下載電路構(gòu)成。

2．1．3 DDS 電路的設(shè)計(jì)

本電路為信號產(chǎn)生模塊，即DDS模塊，此電路模塊為本設(shè)計(jì)的核心，是信號的產(chǎn)生部件，核心芯片是AD公司生產(chǎn)的AD9833[2]。在本電路中，AD9833的DAT、SCLK、DDSEN引腳分別接STM32單片機(jī)的PB13、PB14、PB15口，通過它們來實(shí)現(xiàn)STM32單片機(jī)對AD9833芯片的控制。

2．1．4 按鍵電路的設(shè)計(jì)

按鍵電路采用直接連接STM32單片機(jī)的IO端口。此電路的功能是通過按鍵輸入選擇波形、頻率和幅度，采用4個獨(dú)立式按鍵，通過K1鍵選擇調(diào)節(jié)波形、頻率和幅度。

2．1．5 顯示電路的設(shè)計(jì)

本顯示模塊用的核心部件為LCD1602液晶顯示器，可以顯示輸出信號的波形、頻率和幅值。它可以顯示兩行字符，每行各16個字符，在第一行顯示幅度、波形和步進(jìn)范圍信息，在第二行顯示頻率值。

2.2 程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過按鍵設(shè)定或修改輸入頻率，按鍵檢測通過使用軟件掃描的方式獲得按鍵信息，采用軟件編程的方法來實(shí)現(xiàn)按鍵去抖動，使按鍵檢測更為準(zhǔn)確，而且這樣電路簡單，還可以節(jié)約硬件資源；按鍵被定義為功能鍵和控制鍵，功能鍵用于選擇輸出信號的波形、頻率、幅度及頻率步進(jìn)的范圍；控制鍵來控制波形的選擇及頻率、相位的增減。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件重點(diǎn)使用STM32F103C8T6、AD9833等芯片設(shè)計(jì)單片機(jī)電路、按鍵電路、信號發(fā)生電路、幅度調(diào)節(jié)等電路。在軟件設(shè)計(jì)方面，則主要包括程序初始化、信號發(fā)生程序、按鍵控制程序、顯示程序等。

與當(dāng)前市場銷售的產(chǎn)品相比較，本設(shè)計(jì)充分考慮了實(shí)用性和便捷性，具有如下特點(diǎn)：

（1）操作簡單，效果直觀

通過對LCD的驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的顯示，該部分工作原理簡單、成本低，LCD的文字顯示功能，一方面顯示精確、效果直觀，另一方面對操作者具體一定的提示功能，有利于用戶使用。

（2）便于攜帶和測量

目前市場銷售的產(chǎn)品，通常體積大，攜帶不方便，在本設(shè)計(jì)的電源為5V直流電，支持USB、電池等供電，因此體積小，便于攜帶。同時(shí)具有按鍵輸入功能，根據(jù)設(shè)定的提示即可完成相應(yīng)的功能。

（3）模塊化設(shè)計(jì)，成本低

本設(shè)計(jì)以模塊化設(shè)計(jì)為理念，使用單片機(jī)模塊和DDS模塊的組合方式，通過修改單片機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)不同精度的波形輸出，因此硬件成本遠(yuǎn)低于同類產(chǎn)品。

[1]蔣昭穎. 基于STM32單片機(jī)的變頻正弦信號發(fā)生器[J]. 電子設(shè)計(jì)工程，2016,(05):190-193.

[2]張萍. 基于DDS的低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J]. 自動化技術(shù)與應(yīng)用,2016,(06):106-109.

吳越鴻、馬鑫、張遠(yuǎn)銘，沈陽工學(xué)院，學(xué)生;付麗華（通訊作者），1972年6月，女，滿族，遼寧人，沈陽工學(xué)院，教師，副教授。