基于STM32的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)論文

ABSTRACT摘要PAGE52PAGE53摘要信號(hào)發(fā)生器是一種能產(chǎn)生多個(gè)函數(shù)信號(hào)的的儀器，常見的有正弦波、方波、三角波等。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，信號(hào)發(fā)生器作為各種信號(hào)源無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室還是在設(shè)備檢測(cè)中已經(jīng)具有十分廣泛的用途。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器大多是基于模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)制作的，這種信號(hào)源制作簡(jiǎn)單，成本低廉，但是它的缺點(diǎn)也很多，比如不便于存儲(chǔ)，頻率穩(wěn)定度差，失真度高等。DDS是以全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的合成原理。本設(shè)計(jì)采用DDS和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，以STM32F103RBT6芯片及AD9834為核心設(shè)計(jì)了一種幅度、相位、頻率都可調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā)生器，它不僅能克服傳統(tǒng)的正弦波信號(hào)發(fā)生器的缺點(diǎn)，而且由模擬乘法器產(chǎn)生調(diào)幅電路、采用數(shù)字鍵控的方法實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制PSK、ASK信號(hào)，且頻帶較寬、頻率穩(wěn)定度高，波形良好。該信號(hào)發(fā)生器具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在跳頻技術(shù)、無(wú)線電通信技術(shù)方面具有比較廣闊的發(fā)展前景。關(guān)鍵字：信號(hào)發(fā)生器，STM32F103RBT6，DDS，AD9834AbstractABSTRACTSignalgeneratorcangeneratemultiplefunctionsisasignaloftheinstrument,commonhaveasinewave,squarewave,trianglewave,etc.Intoday'srapiddevelopmentofelectronictechnology,signalgeneratorasavarietyofsignalsourceinthelaboratoryorintheequipmenttestinghasaverywiderangeofUSES.Most

of

the

traditional

sine

wave

signal

generator

is

designed

based

on

analog

electronic

technology,

this

is

simple

and

low

cost

production

source,

but

it

has

many

shortcomings,

such

as

it

is

not

easy

to

store,its

frequency

stability

is

poor,

high

distortion

and

so

on.

DDS

is

a

new

synthetic

principle

which

based

on

the

all-digital

technology,

starting

from

the

concept

of

phase

direct

synthesis

of

waveforms

required.This

design

uses

DDS

and

microcontroller

technology,

the

AD9850

DDS

chip

to

the

core

,design

a

sine

wave

signal

generator,whose

magnitude,

phase,

frequency

can

be

regulated.It’s

not

only

can

overcome

the

traditional

shortcomings

of

the

sine

wave

signal

generator,

and

the

amplitude

circuit

is

produced

by

the

analog

multiplier

,

the

digital

keying

is

used

to

achieve

binary

PSK,

ASK

signal,

and

it

has

wide

band,

high

frequency

stability,

wave

good.

The

signal

generator

has

a

stronger

market

competitiveness,

in

the

frequency

hopping,

radio

communication

technology

has

relatively

broad

prospects

for

development.Keywords:signalgenerator,STM32F103RBT6,DDS,AD9834 目錄目錄目錄第1章 引言 11.1選題背景 11.2研究目標(biāo)和意義 21.3研究思路 2第2章 方案論證 32.1主控制器 32.2信號(hào)發(fā)生源 42.3系統(tǒng)穩(wěn)壓模塊 52.4DDS穩(wěn)壓模塊 52.5頻率控制模塊 52.6串口模塊 62.7顯示模塊 6第3章 硬件模塊詳解 83.1STM32F103RBT6簡(jiǎn)介 83.1.1綜述 83.1.2結(jié)構(gòu)概覽 83.1.3特性 93.1.4芯片引腳排列說(shuō)明 103.2信號(hào)發(fā)生模塊 123.2.1綜述 123.2.2特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 123.2.3芯片引腳排列及功能 133.3正弦調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生 153.4三角波調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生 163.5LCD顯示器 173.5.1綜述 173.5.2基本特征 173.5.3控制器接口信號(hào)說(shuō)明 18第4章 硬件電路設(shè)計(jì) 204.1STM32主控電路及液晶顯示電路 204.2AD9834信號(hào)源模塊 224.3系統(tǒng)電源模塊及DDS電源 234.4控制模塊 244.5串口模塊 24第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 265.1Keil軟件的介紹 265.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 275.2.1軟件流程圖 285.2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理 285.3信號(hào)產(chǎn)生的程序 295.4測(cè)試儀器 315.4.1技術(shù)性能 345.5指標(biāo)測(cè)試 345.5.1正弦波指標(biāo)測(cè)試 345.5.2三角波指標(biāo)測(cè)試 345.5.3方波指標(biāo)測(cè)試 345.6測(cè)試結(jié)果 35參考文獻(xiàn) 38致謝 39附錄 40附錄一：原理圖及PCB圖 40外文資料原文 41譯文 47電子科技大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第1章引言引言選題背景信號(hào)源作為一種信號(hào)產(chǎn)生的裝置已經(jīng)越來(lái)越受到人們的重視，它可以根據(jù)用戶的要求，產(chǎn)生自己需要的波形，具有重復(fù)性好，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的函數(shù)發(fā)生器。當(dāng)今高性能的信號(hào)源均通過頻率合成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著計(jì)算機(jī)、數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，頻率合成技術(shù)有了新的突破—直接數(shù)字頻率合成技術(shù)DDS(DirectDigitalSynthesis)，他是將先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理理論與方法導(dǎo)入到信號(hào)合成領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，它的出現(xiàn)為進(jìn)一步提高信號(hào)的頻率穩(wěn)定度提供了新的解決方法。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器也有了新的進(jìn)展，功能更加完善，性能也更加可靠，智能程度也不斷提高。本課題的目的就是依據(jù)DDS原理設(shè)計(jì)開發(fā)出一個(gè)能產(chǎn)生正弦波，且能產(chǎn)生幅度調(diào)制（AM）信號(hào)電路，產(chǎn)生模擬調(diào)制（FM）信號(hào)電路，產(chǎn)生二進(jìn)制PSK，ASK信號(hào)電路[1]。近幾年超高速數(shù)字電路的發(fā)展以及對(duì)DDS的深入研究，DDS的最高工作頻率以及噪聲性能已接近并達(dá)到鎖相頻率合成器相當(dāng)?shù)乃?。隨著這種頻率合成技術(shù)的發(fā)展，其已廣泛應(yīng)用于通訊、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙控遙測(cè)、電子對(duì)抗以及現(xiàn)代化的儀器儀表工業(yè)等領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，目前高超性能優(yōu)良的DDS產(chǎn)品不斷推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg和Stanford等公司單片電路（monolithic）。Qualcomm公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368的時(shí)鐘頻率為130MHz，分辨率為0.03Hz，雜散控制為-76dB，變頻時(shí)間為0.1μs;美國(guó)AD公司也相繼推出了他們的DDS系列：AD9850、AD9851、可以實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻的AD9852、兩路正交輸出的AD9854以及以DDS為核心的QPSK調(diào)制器AD9853、數(shù)字上變頻器AD9856和AD9857。AD公司的DDS系列產(chǎn)品以其較高的性能價(jià)格比，目前取得了極為廣泛的應(yīng)用。研究目標(biāo)和意義該畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究和制作全面說(shuō)明了對(duì)低頻信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)要有一個(gè)全面的了解，對(duì)低頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號(hào)發(fā)生器工作流程：博興的設(shè)定、DAC應(yīng)用、新型微處理器系統(tǒng)控制、低噪聲LDO電源、顯示模塊、鍵盤、低噪聲放大器等各模塊之間通信，各部分要熟練連接調(diào)試。能夠正確了解常規(guī)芯片的使用方法，掌握簡(jiǎn)單的信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法。進(jìn)一步鍛煉我們?cè)谛盘?hào)處理方面的實(shí)際動(dòng)手能力和工作能力。研究思路（1）掌握相關(guān)電子電路，微處理器基礎(chǔ)理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法；（2）熟悉信號(hào)產(chǎn)生的原理；（3）利用相應(yīng)微處理器完成信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使信號(hào)頻率可調(diào)以及相關(guān)信息顯示。第2章方案論證方案論證根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由主控制器模塊、DDS模塊、系統(tǒng)穩(wěn)壓模塊、DDS穩(wěn)壓模塊、頻率控制模塊、串口模塊和顯示模塊構(gòu)成。如圖2-1：主控制器模塊主控制器模塊DDS模塊系統(tǒng)穩(wěn)壓模塊DDS穩(wěn)壓模塊串口模塊顯示模塊頻率控制模塊系統(tǒng)原理圖主控制器方案一：采用通用的51單片機(jī)AT89S52作為主控制器，完成數(shù)據(jù)處理，DDS的頻率輸出控制，鍵盤的掃描及液晶顯示器的顯示控制等。由于51單片機(jī)內(nèi)部的RAM和ROM都比較小，考慮到實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)處理及液晶顯示需占用大量的ROM資源等，用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)就需外擴(kuò)RAM和ROM，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較麻煩。而且本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器采樣調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的輸出，使用51單片機(jī)就需外擴(kuò)一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)也比較麻煩。而且基于整個(gè)系統(tǒng)的速度要求，51單片機(jī)也不能滿足要求。方案二：采用意法半導(dǎo)體公司的32位微處理器STM32F103RBT6作為主控制器。由于STM32F103RBT6內(nèi)置有20K的SRAM和128K字的內(nèi)存FLASH，能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及液晶顯示所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)72MHz，能滿足速度要求；集成有12位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，可以滿足系統(tǒng)采樣調(diào)制信號(hào)的要求；一片STM32F103RBT6就可以完成整個(gè)系統(tǒng)的主要功能，基本不需要擴(kuò)展其他器件，不僅體積小而且可靠性高。采用C語(yǔ)言編程，簡(jiǎn)單方便，使開發(fā)更加容易，整個(gè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單。方案二：采用凌陽(yáng)公司的16位單片機(jī)SPCE061A作為主控制器。由于SPCE061A內(nèi)置有2K字的SRAM和32K字的內(nèi)存FLASH，能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及液晶顯示所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)49.152MHz，不能能滿足速度要求；集成有7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，可以滿足系統(tǒng)采樣調(diào)制信號(hào)的要求；一片凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)就可以完成整個(gè)系統(tǒng)的主要功能，基本不需要擴(kuò)展其他器件，不僅體積小而且可靠性高。而且凌陽(yáng)單片機(jī)具有C語(yǔ)言風(fēng)格的匯編語(yǔ)言，有與標(biāo)準(zhǔn)C兼容的C語(yǔ)言，C語(yǔ)言函數(shù)可以與匯編函數(shù)互相調(diào)用，使其開發(fā)更加容易，但是由于處理速度不高，因此不能滿足要求綜上所述，本系統(tǒng)采用方案二，利用STM32F103RBT6作為主控芯片。信號(hào)發(fā)生源方案一：采用反饋型LC振蕩原理，選擇合適的電容、電感就能產(chǎn)生相應(yīng)的正弦信號(hào)。此方案器件比較簡(jiǎn)單，但是難以達(dá)到高精度的程控調(diào)節(jié)，而且穩(wěn)定度不高，故不采用。方案二：采用DDS技術(shù)的基本原理。DDS技術(shù)是基于Nyquist采樣定理，將模擬信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)量化后存入存儲(chǔ)器中（查找表），通過CPLD或者FPGA進(jìn)行尋址查表輸出波形的數(shù)據(jù)，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換濾波即可恢復(fù)原波形。根據(jù)Nyquist采樣定理知，要使信號(hào)能夠恢復(fù)，必須滿足采樣頻率大于被采樣信號(hào)最高頻率的2倍，否則將產(chǎn)生混疊，經(jīng)D/A不能恢復(fù)原信號(hào)。此方案產(chǎn)生的波形比較穩(wěn)定，在高頻輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生失真，而且電路比較復(fù)雜，故不采用。方案三：直接采用DDS集成芯片。AD9834是AD公司生產(chǎn)的DDS芯片，帶并行和串行加載方式，AD9834內(nèi)含可編程DDS系統(tǒng)和高速比較器,能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。由于DDS集成芯片能達(dá)到要求，而且節(jié)省硬件電路，程控調(diào)節(jié)能夠方便實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用方案三，作為1K～35MHz信號(hào)發(fā)生源。系統(tǒng)穩(wěn)壓模塊該MIC5219是具有高的高效線性電壓調(diào)節(jié)器峰值輸出電流能力，非常低的壓差電壓，不到1％的輸出電壓精度更好。差一般為10mV，在輕載和小于500mV的滿負(fù)荷。該MIC5219的目的是提供一個(gè)峰值輸出電流為啟動(dòng)條件，其中高浪涌電流要求。它具有一個(gè)500mA峰值輸出評(píng)級(jí)。連續(xù)輸出電流只由封裝和布局的限制。該MIC5219可以啟用或由CMOS或關(guān)閉TTL兼容的信號(hào)。禁用時(shí)，功耗降至近于零。差的接地電流被最小化，以有助于延長(zhǎng)電池壽命。其他主要功能包括的反相電池保護(hù)，電流限制，過溫關(guān)斷，并用一個(gè)超低噪聲的選擇的低噪聲性能。由于STM32F103是一款低功耗芯片，并且只具有少量外設(shè)，故采用體積十分小巧的MIC5219穩(wěn)壓芯片。DDS穩(wěn)壓模塊采用AM1117線性穩(wěn)壓芯片，AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到1%的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力使DDS芯片工作電壓平穩(wěn)，減少對(duì)信號(hào)源造成的雜波干擾。頻率控制模塊方案一：使用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻。變?nèi)荻O管是根據(jù)PN結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓改變而變化的原理設(shè)計(jì)的一種二極管。加反向偏壓時(shí)，變?nèi)荻O管呈現(xiàn)一個(gè)較大的結(jié)電容。變?nèi)荻O管要并接在產(chǎn)生中心頻率振蕩的選頻網(wǎng)絡(luò)的兩端，并加上調(diào)制信號(hào)，使中心頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅值的改變而改變，從而達(dá)到調(diào)頻作用。但是本方案會(huì)使電路產(chǎn)生的頻偏不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生中心頻率偏移。方案二：采用鎖相環(huán)進(jìn)行調(diào)制，采用鎖相環(huán)路調(diào)頻，能夠達(dá)到中心頻率高度穩(wěn)定的調(diào)頻信號(hào)。由于鎖相環(huán)能跟蹤并鎖定中心頻率。從而使中心頻率有足夠高的穩(wěn)定度。而調(diào)制信號(hào)就加在VCO（壓控振蕩器）的輸入端，從而使中心頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅值的改變而改變。本方案比較直觀，而且中心頻率和頻偏都比較準(zhǔn)確，但是電路復(fù)雜，故不采用。方案三：STM32F103RBT6內(nèi)部集成有12位ADC?？上葘⒄{(diào)制信號(hào)離散化，當(dāng)采集完一個(gè)周期（1ms）的數(shù)據(jù)后，計(jì)算出每相鄰兩個(gè)抽樣點(diǎn)的偏移量，這樣就可以根據(jù)偏移量控制改變DDS的輸出頻率，從而達(dá)到調(diào)頻效果，而且硬件只需要使用彈性按鍵。綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用方案三。串口模塊方案一：使用CH340串口芯片。CH340是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、USB轉(zhuǎn)IrDA紅外或者USB轉(zhuǎn)打印口。

在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB總線。CH340是一款十分優(yōu)秀的TTL電平轉(zhuǎn)換芯片，可以將USB直接轉(zhuǎn)換為TTL電平與主控制器UART進(jìn)行通信。但是因?yàn)殡娐份^為復(fù)雜，顧不采用。方案二：使用CP2102串口芯片。CP2102其集成度高，內(nèi)置USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），支持調(diào)制解調(diào)器全功能信號(hào)，無(wú)需任何外部的USB器件。CP2102與其他USB-UART轉(zhuǎn)接電路的工作原理類似，通過驅(qū)動(dòng)程序?qū)C的USB口虛擬成COM口以達(dá)到擴(kuò)展的目的。CP2102是一款高度集成的電平轉(zhuǎn)換芯片，性能十分優(yōu)秀，整體電路十分簡(jiǎn)單、整潔。綜上所述，采用方案二CP2102作為串口模塊芯片。顯示模塊 方案一：采用LCD1602顯示屏。工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。但不能顯示中文，因此不能直觀的表現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)。方案二：采用LCD12864顯示屏。帶中文字庫(kù)的LCD12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。底層驅(qū)動(dòng)代碼簡(jiǎn)單易操作。十分符合系統(tǒng)要求。方案三：采用LED數(shù)碼管顯示。led數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示?？煞旁赑CB電路板上按紅綠藍(lán)順序呈直線排列，以專用驅(qū)動(dòng)芯片控制，構(gòu)成變化無(wú)窮的色彩和圖形。外殼采用阻燃PC塑料制作，強(qiáng)度高，抗沖擊，抗老化，防紫外線，防塵，防潮。LED護(hù)欄管具有功耗小，無(wú)熱量，耐沖擊，長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，配合控制器，即可實(shí)現(xiàn)流水，漸變，跳變，追逐等效果。但因?yàn)轱@示內(nèi)容不多，顧不采用。綜上所述，采用方案二采用LCD12864作為顯示模塊。第3章硬件模塊詳解硬件模塊詳解STM32F103RBT6簡(jiǎn)介綜述STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架構(gòu)內(nèi)核的32位處理其產(chǎn)品，內(nèi)置128KB的FLASH、20K的RAM、12位AD、4個(gè)16位定時(shí)器和3路UART通信口等多種資源，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)72MHz。結(jié)構(gòu)概覽內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖特性◆STM32F103RBT6封裝：LQFP64◆內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3CPU,72MHz，90DMIPS1.25DMIPSMH,單周期乘法和硬件除法,通用增強(qiáng)型,內(nèi)嵌中斷控制器有43個(gè)可屏蔽中斷通道,采用尾鏈(tailchaining)技術(shù)的中斷處理（降至6個(gè)CPU周期）。◆STM32F103RBT6內(nèi)置128KB的Flash，最多內(nèi)嵌20KB的SRAM，以CPU時(shí)鐘速度訪問（讀/寫），0等待狀態(tài)◆時(shí)鐘，復(fù)位(RESET)，電源管理：-2.0~3.6伏供電和I/O-POR,PDR,可編程電壓監(jiān)測(cè)器（PVD）–-4~16MHz石英振蕩器-內(nèi)置8MHz廠家校準(zhǔn)RC-內(nèi)置32kHzRC-為RTC專用的32kHz振蕩器及校準(zhǔn)◆STM32F103RBT6具有低功耗：-睡眠，終止，待機(jī)三種模式-VBAT為RTC和備份寄存器供電◆2x12-bit,1μs數(shù)模轉(zhuǎn)換器(16通道)-轉(zhuǎn)換范圍2.0至3.6伏-雙采樣保持功能-與先進(jìn)的控制定時(shí)器同步-溫度傳感器◆DMA:-7通道DMA控制器-支持的外設(shè)，定時(shí)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，SPI接口，i2c接口，USART接口◆DEBUG模式-串行線debug（SWD）和JTAG接口◆STM32F103RBT6有80個(gè)快速I/O端口-32/49/805V-tolerantI/Os-不可中斷的讀/修改/寫操作-16個(gè)外部中斷向量全可映射◆7個(gè)定時(shí)器-三個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)有4個(gè)IC/OC/PWM或脈沖計(jì)數(shù)器-6通道16位先進(jìn)控制定時(shí)器：多達(dá)6個(gè)PWM輸出死區(qū)時(shí)間生成和急停-2個(gè)16位監(jiān)視定時(shí)器(IndependentandWindow)-SysTick定時(shí)器：24位遞減計(jì)數(shù)器◆STM32F103RBT6多達(dá)9個(gè)通信接口-多達(dá)2個(gè)IC接口（支持SMBus/PMBus）-多達(dá)3個(gè)USART（ISO7816接口，LIN，紅外線功能，調(diào)制解調(diào)器控制）-2個(gè)SPI接口（18Mbit/s）芯片引腳排列說(shuō)明STM32F103RBT6有64個(gè)引腳，采用LQFP64封裝形式；排列如下圖3-2、圖3-3：芯片原理圖芯片封裝圖信號(hào)發(fā)生模塊信號(hào)發(fā)生模塊主要部分是AD9834。綜述AD9834是一款75MHz、低功耗DDS器件，能夠產(chǎn)生高性能正弦波和三角波輸出。其片內(nèi)還集成一個(gè)比較器，支持產(chǎn)生方波以用于時(shí)鐘發(fā)生。當(dāng)供電電壓為3V時(shí)，其功耗僅為20mW，非常適合對(duì)功耗敏感的應(yīng)用。AD9834提供相位調(diào)制和頻率調(diào)制功能。頻率寄存器為28位；時(shí)鐘速率為75MHz，可以實(shí)現(xiàn)0.28Hz的分辨率。同樣，時(shí)鐘速率為1MHz時(shí)，AD9834可以實(shí)現(xiàn)0.004Hz的分辨率。影響頻率和相位調(diào)制的方法是通過串行接口加載寄存器，然后通過軟件或FSELECT/PSELECT引腳切換寄存器。AD9834通過一個(gè)三線式串行接口寫入數(shù)據(jù)。該串行接口能夠以最高40MHz的時(shí)鐘速率工作，并且與DSP和微控制器標(biāo)準(zhǔn)兼容。該器件采用2.3V至5.5V電源供電。模擬和數(shù)字部分彼此獨(dú)立，可以采用不同的電源供電；例如，AVDD可以是5V，而DVDD可以是3V。AD9834具有掉電引腳(SLEEP)，支持從外部控制掉電模式。器件中不用的部分可以掉電，以將功耗降至最低。例如，在產(chǎn)生時(shí)鐘輸出時(shí)，可以關(guān)斷DAC。特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)窄帶SFDR>72dB電源電壓范圍：2.3V至5.5V電源供電輸出頻率最高達(dá)37.5MHz正弦波輸出/三角波輸出片上集成比較器式SPI接口擴(kuò)展溫度范圍：?40°C至+105°C掉電選項(xiàng)功耗：20mW（3V時(shí)）20引腳TSSOP芯片引腳排列及功能FSADJUST（1腳）：全面調(diào)控。在此腳與AGND有個(gè)電阻RSET。這決定整個(gè)DA轉(zhuǎn)換的電流的幅度。電流和RSET的關(guān)系IOUTFULLSCALE=18*FSADJUST/RSET。FSADJUST=1.15V(額定),REST=6.8Ω(典型值)。REFOUT（2腳）：輸出參考電壓。芯片內(nèi)已有一個(gè)1.2V的電壓參考值。COMP（3腳）：DA轉(zhuǎn)換偏壓。用來(lái)耦合偏置電壓。AVDD（4腳）：模擬部分正極電源。范圍2.3V~5.5V，在AVDD和AGND之間應(yīng)加一個(gè)0.1uF的去耦電容。DVDD（5腳）：數(shù)字部分正極電源。CAP/2.5V（6腳）：數(shù)字電路運(yùn)行在2.5V下。此電源產(chǎn)生于DVDD，用的是板上調(diào)節(jié)器。這個(gè)調(diào)節(jié)器需要一個(gè)100nF的去耦電容，接在此腳和DGND間，如果DVDD<=2.7V，那么此引腳應(yīng)與DVDD短接。DGND（7腳）：數(shù)字的接地。MCLK（8腳）：數(shù)字時(shí)鐘輸入端。DDS輸出地頻率表述為主時(shí)鐘頻率的二進(jìn)制小數(shù)形式。此輸出地頻率精確度和相位噪聲由這個(gè)時(shí)鐘決定。FSELECT（9腳）：頻率選擇輸入端。FSELECT控制頻率寄存器，F(xiàn)REQ0、FREQ1，這用在相位累加器。要用的頻率寄存器可以由FSELECT或FSEL位來(lái)選擇。當(dāng)FSEL位選擇頻率寄存器時(shí)，則FSELECT接于COMS的高或低。PSELECT（10腳）：相位選擇輸入端，PSELECT控制相位寄存器,PHASE0/PHASE1,增加到相位累加器的輸出，要用相位寄存器時(shí)可由FSELECT腳或PSEL位來(lái)選擇，當(dāng)由FSEL位控制時(shí)，F(xiàn)SELECT腳應(yīng)接在CMOS的高或低。RESET（11腳）：激活高數(shù)字輸入端。此引腳復(fù)位相應(yīng)的內(nèi)部寄存器置0，這相當(dāng)于部分模擬輸出。RESET不會(huì)影響地址存儲(chǔ)器。SLEEP（12腳）：激活高位數(shù)字輸入端，當(dāng)此引腳置高，DA轉(zhuǎn)換關(guān)閉。此引腳一樣有控制SLEEP12位的功能。SDATA（13腳）：數(shù)據(jù)串口輸入端。16位數(shù)據(jù)由此輸入。SCLK（14腳）：串行時(shí)鐘輸入。SCLK的每個(gè)下降沿就將一位輸入AD9834。FSYNC（15腳）：激活地位控制輸入端。此為輸入數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)。當(dāng)FSYNC拉低，內(nèi)部邏輯電路就會(huì)告知芯片一位新的字節(jié)進(jìn)入了。SIGNBITOUT（16腳）：邏輯輸出。此引腳可以輸出比較器的輸出，也可輸出來(lái)自NCO的MSB，在寄存器置位POPBITEN可以使能此腳，DIGN/PIB為決定是比較器輸出還是來(lái)自NCO的MSB輸出。VIN（17腳）：比較器輸入端。比較器能夠由正弦波DA轉(zhuǎn)換的輸出產(chǎn)生方波。在接入比較器之前DA的輸出應(yīng)適當(dāng)濾波以減小抖動(dòng)。當(dāng)置位OPBITEN和SIGN/PIB寄存器以置1，比較器輸入接VINAGND（18腳）：模擬的接地。IOUT（19腳），IOUTB（20腳）：電流輸出。這是一個(gè)高阻抗電流源。像200Ω電阻接于IOUT和AGND之間。IOUTB應(yīng)該在AGND之間接200的外部電阻，也可直接接AGND，建議在AGND間接一個(gè)20pF電容防止時(shí)鐘饋通AD9834采用TSSOP-20封裝，引腳分布如下圖3-4：芯片引腳分布圖正弦調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生1K正弦調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生采用DDS技術(shù)。DDS技術(shù)采用全數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成，和其它一般的頻率合成技術(shù)相比，有一些突出的優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)特的性能：DDS在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、頻率分辨率、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達(dá)到的水平。DDS的實(shí)現(xiàn)原理如下圖3-5：DDS實(shí)現(xiàn)原理DDS技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于高速、高性能的數(shù)字器件?？删幊踢壿嬈骷云渌俣雀?、規(guī)模大、可編程，以及有強(qiáng)大EDA軟件支持等特性，十分適合實(shí)現(xiàn)頻率的合成。由于本系統(tǒng)要求產(chǎn)生1KHz的正弦調(diào)制信號(hào),失真度要求要小,而且穩(wěn)定性要好,DDS的失真度除受D/A轉(zhuǎn)換器本身的噪聲影響外，還與存儲(chǔ)深度M和D/A字長(zhǎng)有密切關(guān)系，設(shè)q為均勻量化間隔，其失真度近似數(shù)學(xué)關(guān)系為：=*100%（3-1）本系統(tǒng)的量化級(jí)為256（8位DAC），經(jīng)計(jì)算其失真度約為5.676%，可以滿足設(shè)計(jì)要求。DDS設(shè)計(jì)電路產(chǎn)生的波形存在高次諧波，須進(jìn)行低通濾波使波形平滑，為使通帶內(nèi)的起伏最小，我們采用了巴特沃斯二階低通濾波器，如圖3-6。巴特沃思二階低通濾波器的截止頻率為fc=1/2πRC。由于只需產(chǎn)生1KHz的正弦信號(hào)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的濾波器的截至頻率為2KHz，選取C=1uf，經(jīng)計(jì)算取R=80Ω。二階巴特沃思濾波器三角波調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生它首先對(duì)需要產(chǎn)生的信號(hào)波形進(jìn)行采樣和量化，然后存入存儲(chǔ)器作為待產(chǎn)生信號(hào)波形的數(shù)據(jù)表。輸出信號(hào)波形時(shí)，電路在一個(gè)高穩(wěn)定時(shí)鐘控制下從數(shù)據(jù)表中依次讀出信號(hào)波形的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生過數(shù)字化的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)再通過DAC轉(zhuǎn)換成所需的模擬信號(hào)波形。它的核心是相位累加器，由N位加法器與N位相位寄存器構(gòu)成，類似一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。這樣，相位累加器在時(shí)鐘作用下，不斷對(duì)頻率控制字進(jìn)行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號(hào)的相位，相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號(hào)頻率。將相位寄存器的輸出與相位控制字相加得到的數(shù)據(jù)作為一個(gè)地址對(duì)正弦查詢表進(jìn)行尋址，查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號(hào)，通過D/A變換器把數(shù)字量變成模擬量，再經(jīng)過低通濾波器平滑并濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號(hào)。在參考頻率為s的情況下，DDS系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率f0為：（3-2）輸出信號(hào)的頻率分辨率Δf0為:（3-3）LCD顯示器本設(shè)計(jì)中采用了LCD12864液晶顯示器，該顯示器是128×64點(diǎn)陣式液晶，其結(jié)構(gòu)框圖見下圖3-7。液晶結(jié)構(gòu)圖綜述帶中文字庫(kù)的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。基本特征（1）低電源電壓（VDD:+3.0--+5.5V）（2）顯示分辨率:128×64點(diǎn)（3）內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)繁體可選)（4）內(nèi)置128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符（5）2MHZ時(shí)鐘頻率（6）顯示方式：STN、半透、正顯（7）驅(qū)動(dòng)方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6點(diǎn)（9）背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10（10）通訊方式：串行、并選可選（11）內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓（12）無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)（13）工作溫度:0℃-+55℃,存儲(chǔ)溫度:-20℃-+60℃控制器接口信號(hào)說(shuō)明RS，R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式：功能管腳表RSR/W功能說(shuō)明LLMPU寫指令到指令暫存器（IR）LH讀出忙標(biāo)志（BF）及地址計(jì)數(shù)器（AC）的狀態(tài)HLMPU寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）HHMPU從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)E信號(hào)E狀態(tài)執(zhí)行動(dòng)作結(jié)果高低I/O緩沖DR配合/W進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高DRI/O緩沖配合R進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低高無(wú)動(dòng)作● 忙標(biāo)志:BFBF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況.BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù).BF=0時(shí),模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù).利用STATUSRD指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)?！?字型產(chǎn)生ROM（CGROM）字型產(chǎn)生ROM（CGROM）提供8192個(gè)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAYON),DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAYOFF)。DFF的狀態(tài)是指令DISPLAYON/OFF和RST信號(hào)控制的?！耧@示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供64×2個(gè)位元組的空間，最多可控制4行16字（64個(gè)字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時(shí)，可分別顯示CGROM與CGRAM的字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，在0000H—0006H的編碼中（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）將選擇CGRAM的自定義字型，02H—7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于A1以上的編碼將自動(dòng)的結(jié)合下一個(gè)位元組，組成兩個(gè)位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5（A140—D75F），GB（A1A0-F7FFH）?！?字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能,可以提供四組16×16點(diǎn)的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到CGRAM中，便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中?！?地址計(jì)數(shù)器AC地址計(jì)數(shù)器是用來(lái)貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來(lái)改變，之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值就會(huì)自動(dòng)加一，當(dāng)RS為“0”時(shí)而R/W為“1”時(shí)，地址計(jì)數(shù)器的值會(huì)被讀取到DB6——DB0中。● 光標(biāo)/閃爍控制電路此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器的值來(lái)指定DDRAM中的光標(biāo)或閃爍位置。第4章硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路使用AltiumDesigner15設(shè)計(jì)完成。主要包括STM32主控電路，AD9834電路，穩(wěn)壓電路，按鍵電路，串口電路，顯示電路。電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA（ElectronicDesignAutomation）指的就是將電路設(shè)計(jì)中各種工作交由計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)助完成。如電路原理圖（Schematic）的繪制、印刷電路板（PCB）文件的制作、執(zhí)行電路仿真（Simulation）等設(shè)計(jì)工作。隨著電子科技的蓬勃發(fā)展，新型元器件層出不窮，電子線路變得越來(lái)越復(fù)雜，電路的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)無(wú)法單純依靠手工來(lái)完成，電子線路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)人員使用快捷、高效的CAD設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行輔助電路原理圖、印制電路板圖的設(shè)計(jì)，打印各種報(bào)表。AltiumDesigner除了全面繼承包括Protel99SE、ProtelDXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。由于AltiumDesigner在繼承先前Protel軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了FPGA設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能，AltiumDesigner對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。AltiumDesigner是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件必將使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。目前最高版本為：AltiumDesigner15.0.7Build36915STM32主控電路及液晶顯示電路用STM32的PB口作為數(shù)據(jù)線。PD2作為液晶背光控制端口。具體電路如下圖4-1：主控復(fù)位電路及晶振電路，如圖4-2：復(fù)位及晶振LCD12864電路如圖4-3：液晶AD9834信號(hào)源模塊信號(hào)輸出端共有三路，分別輸出正弦波、三角波、方波。輸出端接口采用SMA接頭，配合N頭轉(zhuǎn)接屏蔽線最終連接示波器如圖4-4：AD9834信號(hào)源系統(tǒng)電源模塊及DDS電源系統(tǒng)采用MIC5219作為穩(wěn)壓芯片如圖4-5：系統(tǒng)穩(wěn)壓源DDS采用AM1117線性穩(wěn)壓芯片如圖4-6：DDS穩(wěn)壓電源控制模塊采用5個(gè)獨(dú)立的按鍵作為選擇控制模塊，調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率及功能，如圖4-7：按鍵串口模塊采用CP2102作為TTL電平轉(zhuǎn)換芯片，用于串口調(diào)試，如圖4-8：CP2102電路系統(tǒng)供電采用USB供電方式，如圖4-9：USB接口及開關(guān)第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試Keil軟件的介紹KeilMDK，也稱MDK-ARM，RealviewMDK、I-MDK、uVision4

等。目前KeilMDK由三家國(guó)內(nèi)代理商提供技術(shù)支持和相關(guān)服務(wù)。MDK-ARM軟件為基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9處理器設(shè)備提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境。MDK-ARM專為微控制器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，不僅易學(xué)易用，而且功能強(qiáng)大，能夠滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應(yīng)用。MDK-ARM有四個(gè)可用版本，分別是MDK-Lite、MDK-Basic、MDK-Standard、MDK-Professional。所有版本均提供一個(gè)完善的C/C++開發(fā)環(huán)境，其中MDK-Professional還包含大量的中間庫(kù)。完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件。行業(yè)領(lǐng)先的ARMC/C++編譯工具鏈確定的KeilRTX，小封裝實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（帶源碼）μVision4IDE集成開發(fā)環(huán)境，調(diào)試器和仿真環(huán)境TCP/IP網(wǎng)絡(luò)套件提供多種的協(xié)議和各種應(yīng)用提供帶標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)類的USB設(shè)備和USB主機(jī)棧為帶圖形用戶接口的嵌入式系統(tǒng)提供了完善的GUI庫(kù)支持ULINKpro可實(shí)時(shí)分析運(yùn)行中的應(yīng)用程序，且能記錄Cortex-M指令的每一次執(zhí)行關(guān)于程序運(yùn)行的完整代碼覆蓋率信息執(zhí)行分析工具和性能分析器可使程序得到最優(yōu)化大量的項(xiàng)目例程幫助你快速熟悉MDK-ARM強(qiáng)大的內(nèi)置特征符合CMSIS(Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn))KeilMDK是美國(guó)Keil

Software公司出品的ARM系列嵌入式芯片C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WINXP、WIN7、WIN8、WIN10等操作系統(tǒng)。如果使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是不二之選了，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。KeilMDK軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的代碼，就能體會(huì)到Keil

MDK生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分主要包括了具有友好界面的操作菜單，各種信號(hào)的設(shè)置和控制。正弦波產(chǎn)生過程為：頻率設(shè)置，數(shù)據(jù)處理，然后控制DDS芯片完成各種頻率的正弦波產(chǎn)生；調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生過程：通過A/D轉(zhuǎn)換器采集調(diào)制信號(hào)，然后根據(jù)調(diào)制信號(hào)的幅度計(jì)算出頻偏，把頻偏數(shù)據(jù)下載到DDS即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生。軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來(lái)了。

軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體的規(guī)劃。從軟件的功能來(lái)看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量、顯示、計(jì)算、打印、通信和輸出控制等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊與操作者之間的關(guān)系的，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度角色。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。

軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)先將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對(duì)來(lái)講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長(zhǎng)就比較難了。

軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排各個(gè)執(zhí)行模塊和監(jiān)控軟件。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序（背景程序）。前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）；而后臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十ms甚至幾百ms也沒關(guān)系，所以通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），打印程序和顯示程序等，與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行。不過也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。信號(hào)產(chǎn)生的程序AD9834通過不同的時(shí)序控制產(chǎn)生信號(hào)，三角波和正弦波采用同一輸出端，方波采用單獨(dú)的輸出端，產(chǎn)生波形的程序如下：voidAD9834_Select_Wave(unsignedintinitdata){AD9834_FSYNC_SET;AD9834_SCLK_SET;AD9834_RESET_SET;AD9834_RESET_SET;AD9834_RESET_CLR;AD9834_Write_16Bits(initdata);}功能：軟件控制IOUT正弦波，SIGNBITOUT方波，寫FREQREG0，寫PHASE0ad99834_write_16bit(0x2002)一次性寫FREQREG0ad99834_write_16bit(0x0038)單獨(dú)改寫寫FREQREG0的LSBad99834_write_16bit(0x1038)單獨(dú)改寫寫FREQREG0的MSBIOUT三角波，寫PHASE0ad99834_write_16bit(0x2002)一次性寫FREQREG0ad99834_write_16bit(0x0002)單獨(dú)改寫寫FREQREG0的LSBad99834_write_16bit(0x1008)單獨(dú)改寫寫FREQREG0的MSB參數(shù)：initdata–要輸入的命令A(yù)D9834通過更改freq更改頻率，其代碼如下：voidAD9834_Set_Freq(unsignedcharfreq_number,unsignedlongfreq){UnsignedlongFREQREG=(unsignedlong)(268435456.0/AD9834_SYSTEM_COLCK*freq);unsignedintFREQREG_LSB_14BIT=(unsignedint)FREQREG;unsignedintFREQREG_MSB_14BIT=(unsignedint)(FREQREG>>14);if(freq_number==FREQ_0){FREQREG_LSB_14BIT&=~(1U<<15);FREQREG_LSB_14BIT|=1<<14;FREQREG_MSB_14BIT&=~(1U<<15);FREQREG_MSB_14BIT|=1<<14;}else{FREQREG_LSB_14BIT&=~(1<<14);FREQREG_LSB_14BIT|=1U<<15;FREQREG_MSB_14BIT&=~(1<<14);FREQREG_MSB_14BIT|=1U<<15;}AD9834_Write_16Bits(FREQREG_LSB_14BIT);AD9834_Write_16Bits(FREQREG_MSB_14BIT);}測(cè)試儀器采用RIGOLDS1052E型50M雙通道數(shù)字示波器。DS1052E型示波器以優(yōu)異的技術(shù)指標(biāo)及眾多功能特性的完美結(jié)合，向用戶提供了簡(jiǎn)單而功能明晰的前面板，以進(jìn)行所有的基本操作。各通道的標(biāo)度和位置旋鈕提供了直觀的操作，完全符合傳統(tǒng)儀器的使用習(xí)慣，用戶不必花大量的時(shí)間去學(xué)習(xí)和熟悉示波器的操作，即可熟練使用。為加速調(diào)整，便于測(cè)量，用戶可直接按AUTO鍵，立即獲得適合的波形顯現(xiàn)和檔位設(shè)置。

除易于使用之外，示波器還具有更快完成測(cè)量任務(wù)所需要的高性能指標(biāo)和強(qiáng)大功能。通過1GSa/s的實(shí)時(shí)采樣和25GSa/s的等效采樣，可在示波器上觀察更快的信號(hào)。強(qiáng)大的觸發(fā)和分析能力使其易于捕獲和分析波形。清晰的液晶顯示和數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，便于用戶更快更清晰地觀察和分析信號(hào)問題。DS1052E示波器向用戶提供簡(jiǎn)單而功能明晰的前面板，以進(jìn)行基本的操作。面板上包括旋鈕和功能按鍵。顯示屏右側(cè)的一列5個(gè)灰色按鍵為菜單操作鍵（自上而下定義為1號(hào)至5號(hào)）。通過它們，可以設(shè)置當(dāng)前菜單的不同選項(xiàng)；其它按鍵為功能鍵，通過它們，可以進(jìn)入不同的功能菜單或直接獲得特定的功能應(yīng)用。如圖5-2：前面板控制及功能值得注意的是，MENU功能鍵的標(biāo)識(shí)用一方框包圍的文字表示，如，代表前面板上的標(biāo)注Measuee文字的透明功能鍵。標(biāo)識(shí)為的多功能旋鈕，用表示。兩個(gè)標(biāo)識(shí)為POSITION的旋鈕，用表示。兩個(gè)標(biāo)識(shí)為SCALE的旋鈕，用表示。標(biāo)識(shí)為L(zhǎng)EVEL的旋鈕，用表示。菜單操作鍵的標(biāo)識(shí)用帶陰影的文字表示，如波形存儲(chǔ)，表示存儲(chǔ)菜單中的存儲(chǔ)波形選項(xiàng)。顯示界面說(shuō)明（僅模擬通道打開）顯示界面說(shuō)明（模擬和數(shù)字通道同時(shí)打開）技術(shù)性能雙模擬通道，每通道帶寬：50MHz。高清晰彩色液晶顯示系統(tǒng)：320×234分辨率。支持即插即用閃存式USB存儲(chǔ)設(shè)備以及USB接口打印機(jī)，并可通過USB存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行軟件升級(jí)。模擬通道的波形亮度可調(diào)。自動(dòng)波形、狀態(tài)設(shè)置（AUTO）。波形、設(shè)置、CSV和位圖文件存儲(chǔ)以及波形和設(shè)置再現(xiàn)。精細(xì)的延遲掃描功能，輕易兼顧波形細(xì)節(jié)與概貌。自動(dòng)測(cè)量20種波形參數(shù)。自動(dòng)光標(biāo)跟蹤測(cè)量功能。獨(dú)特的波形錄制和回放功能。內(nèi)嵌FFT。實(shí)用的數(shù)字濾波器，包含LPF，HPF，BPF，BRF。Pass/Fail檢測(cè)功能，光電隔離的Pass/Fail輸出端口。多重波形數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。獨(dú)一無(wú)二的可變觸發(fā)靈敏度，適應(yīng)不同場(chǎng)合下特殊測(cè)量要求。多國(guó)語(yǔ)言菜單顯示。彈出式菜單顯示，用戶操作更方便、直觀。中英文幫助信息顯示及支持中英文輸入。指標(biāo)測(cè)試正弦波指標(biāo)測(cè)試把正弦波輸出端接入數(shù)字頻率計(jì)，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作為測(cè)試點(diǎn)，得到頻率及峰峰值數(shù)據(jù)。三角波指標(biāo)測(cè)試把三角波輸出端接入數(shù)字頻率計(jì)，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作為測(cè)試點(diǎn)，得到頻率及峰峰值數(shù)據(jù)。方波指標(biāo)測(cè)試把方波輸出端接入數(shù)字頻率計(jì)，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作為測(cè)試點(diǎn)，得到頻率及峰峰值數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果頻率為10Hz時(shí)的方波波形如下圖5-5：10Hz方波頻率為10Hz時(shí)的三角波形如下圖5-6：10Hz三角波頻率為10Hz時(shí)的正弦波形如下圖5-7：10Hz正弦波頻率為1KHz時(shí)的方波形如下圖5-8：1KHz方波頻率為1KHz時(shí)的三角波形如下圖5-9：1KHz三角波頻率為1KHz時(shí)的正弦波形如下圖5-10：1KHz正弦波 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]張有正，陳尚勤.頻率合成技術(shù)[M].人民郵電出版社.1984.[2]黃愛蓉.高性能DDS信號(hào)產(chǎn)生器的設(shè)計(jì)研究[J].傳感器與儀器儀表，2005，21(8):153-156.[3]陳小忠.單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序[M].北京:人民郵電出版社,2005.[4]CoulessesL.Direet.Digitalsynthesis:atoolforPeriodiewavegeneration[J].IEEESignalProcessing，2004，9(21):110一112[5]求是科技.單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2006.[6]高衛(wèi)東.AD9850DDS芯片信號(hào)源的研制[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2000(5):43-48.[7]石雄.DDS芯片AD9850的工作原理及其與單片機(jī)的接口[J].國(guó)外電子元器件,2001(5):33-35.[8]肖漢波.一種基于DDS芯片AD9850的信號(hào)源[J].電訊技術(shù),2003(2):26-29.[9]張慶玲，王凡.基于直接數(shù)字頻率合成芯片的正弦信號(hào)發(fā)生器[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008(9).[10]HenyrT.Niehol，Ⅲ，andHenrySamueli，Proc.4lstAnnualFrequencycontrol[M].SymP.，1987.495一502.[11]ArthueTorosyan.Direetdigitalfrequencysynthesizers:ComPleteanalysisanddesignguidelines[M].LosAngeles:UniversityofCalifornia，2003.1一9.[12]王曉音,龐偉正.DDS輸出頻譜雜散的抑制[J].電子對(duì)抗技術(shù)，2003年11月第6期.[13]杜丁丁，馬坤茹.數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(1).[14]王秉鈞，田寶玉.通信原理[M].清華大學(xué)出版社，2006.[15]刑增平.Protel99SE設(shè)計(jì)專家指導(dǎo)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2004.致謝附錄附錄附錄一：原理圖及PCB圖圖F-1原理圖圖F-2PCB圖外文資料原文外文資料原文外文資料原文DesignofAnarbitrarywaveformsignalgeneratorXiaoChenandJianxiangChenSchoolofElectronicandInformationEngineering,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044,ChinaAbstractSignalgeneratorplaysaveryimportantroleincommunication,electronicmeasuringinstruments,electroniccircuits,automaticcontrol,radarandotherelectronicsystems.DirectDigitalSynthesis(DDS)technologycaneasilycontrolthefrequencyofthesignalfordirectsynthesisofwaveforms.ThispaperdesignedasignalgeneratorwiththeamplitudeandfrequencymodulationbyusingAD9850asfrequencysynthesizerandAT89S52singlechipmicrocomputer(SCM)asthecore.Detaileddesignprincipleandideaarediscussed.AD9850oftheDDSchipisusedtogeneratethewaveform.Thefrequencydataofexternalinputcanbetransformedtofrequencyphasecontrolwordsofchipbysimpleparallelorserialcommunicationinterfacewiththesinglechipmicrocomputer.AmplitudemodulationisrealizedbytheAD7520chip.Thesystemisnotonlysimpleinstructure,easytoimplement,butalsoconvenientandcheap.Ithasatheoreticalandpracticalvalue.1.IntroductionSignalgeneratorcanbeusedasasignalsource,whichprovidesaknowntestsignaltothecircuit.Itcanbeusedtomeasureparametersofinterest.Inavarietyofexperimentaltestapplicationsandprocessing,thesignalsourceastheexcitationsourcecansimulateavarietyoftestsignals,providingthepracticalneedstothecircuit[1].Signalgeneratorplayaveryimportantroleincommunications,electronicmeasuringinstruments,electroniccircuits,automaticcontrol,radarandotherelectronicsystems.Withtherapiddevelopmentofdigitaltechnology,therehasbeenhigh-precisiondigital-analogconverter,digitalcontrolmethodbyusingastandardreferencefrequencygeneratedbymultiplefrequencytechnology,whichistheDDStechnology[2].Arbitrarywaveformsignalgeneratorcanmeetthecomplexfields,user-definedsignal,andthecombinationofcomputertechnologyandmakeitmoreaccurateandstable.Withthecurrentdevelopmentofelectronictechnology,thesignalgeneratorhasagreatapplication.2.SystemWedesignedasignalgenerator,whichcanproduceseveralarbitrarywaveforms.Wecancontrolthesizeofamplitudeandfrequency,providingavarietyofsignalstothetestcircuit.UsingAT89S52microcontroller,AD9850(DDS)anddigital-analogconversiontechnology,wecompletehardwareandsoftwaredesign.Throughthekeyboardinputmodule,wecanadjusttheamplitudeandfrequencyofthewaveform.Waveformgenerationprocessisachievedbythemicrocontroller.Sotheoreticallywecanwriteaprogramtogenerateanydesiredwaveform.SCMgeneratesdigitalsignal.Inordertoobtainthedesiredwaveform,weshouldhaveasinglechipchangingdigitalsignalsintoanalogsignals.AD9850oftheDDSchipisusedtogeneratethewaveform.Thefrequencydataofexternalinputcanbetransformedtofrequencyphasecontrolwordsofchipbysimpleparallelorserialcommunicationinterfacewiththesinglechipmicrocomputer.AmplitudemodulationisrealizedbytheAD7520chip.ThesystemdesignisshowninFig.1.ThesystemusesSCMtocontrolDDSchipAD9850whichproducetherequiredsignalfortestinstrument.SCMcontrolsthemultiplexer.ThesquarewaveorsineisDAconverterAD7520'svoltagereferencesignal.AD7520'soutputsignal,afterconditioningandamplification,isa15Vpeakfrequencysignal.Aftercomplementarypush-pullamplifiercircuit,wefinallygetthenecessaryfrequencysignals.Toensurethesignalstabilitypeakandfrequencywhentheloadchanges,theamplifiercircuitintheamplifieroutputsareaddedwiththeappropriatenegativefeedback.3.HardwareThecircuitdesignismainlytwoasp