基于STM32的低成本信號發生器的設計與實現

吳越鴻 馬鑫 張遠銘 付麗華 沈陽工學院信息與控制學院

基于STM32的低成本信號發生器的設計與實現

吳越鴻 馬鑫 張遠銘 付麗華 沈陽工學院信息與控制學院

信號發生器又稱為振蕩器，它是一種較為常用的信號源，是輸出各種電子信號的儀器，主要用于調試、測試電子電路和相關設備的參數。本設計提出的信號發生器裝置，由STM32F103系列單片機、DDS模塊AD9833、LCD以及按鍵等部分組成，實現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、工作穩定、失真度小，且價格便宜的優點，具有一定的應用前景。

信號發生器 STM32 AD9833

1 方案概述

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

2 系統設計

本設計的主控器件為STM32F103C8T6單片機，通過STM32F103C8T6單片機控制DDS AD9833產生信號，并且采用調節DAC參考電壓實現信號發生器信號幅度的調節，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 硬件電路設計

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行控制。

各部分的電路設計及功能如下。

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，必須采用轉換電路把5V電壓轉換為2．0~3．6之間。采用電源轉換芯片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 單片機模塊電路設計

本模塊采用的是單片機最小系統的集成模塊，該最小系統由STM32F103C8T6單片機芯片、供電電路、時鐘電路、復位電路、啟動配置電路和程序下載電路構成。

2．1．3 DDS 電路的設計

本電路為信號產生模塊，即DDS模塊，此電路模塊為本設計的核心，是信號的產生部件，核心芯片是AD公司生產的AD9833[2]。在本電路中，AD9833的DAT、SCLK、DDSEN引腳分別接STM32單片機的PB13、PB14、PB15口，通過它們來實現STM32單片機對AD9833芯片的控制。

2．1．4 按鍵電路的設計

按鍵電路采用直接連接STM32單片機的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個獨立式按鍵，通過K1鍵選擇調節波形、頻率和幅度。

2．1．5 顯示電路的設計

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、波形和步進范圍信息，在第二行顯示頻率值。

2.2 程序設計

本系統通過按鍵設定或修改輸入頻率，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現按鍵去抖動，使按鍵檢測更為準確，而且這樣電路簡單，還可以節約硬件資源；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、幅度及頻率步進的范圍；控制鍵來控制波形的選擇及頻率、相位的增減。

3 結論

本設計系統硬件重點使用STM32F103C8T6、AD9833等芯片設計單片機電路、按鍵電路、信號發生電路、幅度調節等電路。在軟件設計方面，則主要包括程序初始化、信號發生程序、按鍵控制程序、顯示程序等。

與當前市場銷售的產品相比較，本設計充分考慮了實用性和便捷性，具有如下特點：

（1）操作簡單，效果直觀

通過對LCD的驅動，實現參數的顯示，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

目前市場銷售的產品，通常體積大，攜帶不方便，在本設計的電源為5V直流電，支持USB、電池等供電，因此體積小，便于攜帶。同時具有按鍵輸入功能，根據設定的提示即可完成相應的功能。

（3）模塊化設計，成本低

本設計以模塊化設計為理念，使用單片機模塊和DDS模塊的組合方式，通過修改單片機程序，實現不同精度的波形輸出，因此硬件成本遠低于同類產品。

[1]蔣昭穎. 基于STM32單片機的變頻正弦信號發生器[J]. 電子設計工程，2016,(05):190-193.

[2]張萍. 基于DDS的低頻信號發生器的設計[J]. 自動化技術與應用,2016,(06):106-109.

吳越鴻、馬鑫、張遠銘，沈陽工學院，學生;付麗華（通訊作者），1972年6月，女，滿族，遼寧人，沈陽工學院，教師，副教授。