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基于STM32的波形发生器设计

基于STM32的波形发生器设计

2024-01-26

一、项目介绍

信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用，各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途，例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射。这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。不论是在生产、科研还是教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。而且，信号发生器的设计方法多，设计技术也越来越先进，随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。

二、主程序流程图

对系统运行工作流程进行说明后，给出系统主程序流程。

设计思路：首先将所有配置进行初始化，为了消除干扰和提升仿真效率，我们将系统的工作状态分为两种，一种为调整状态，另一种为波形输出状态，使用一个开关的通断来调整。

系统主程序流程图如图4-1所示。

三、 Proteus软件仿真调试

正弦波

方波

三角波

锯齿波

四、硬件调试

在实际电路中，我们可以将频率调整的快一点，但是要注意抗干扰问题，毕竟上面的都是理论值，模拟信号非常容易受到其他因素的干扰。所有配置，都必须跟程序里面完全一致，如果波形失真，或者频率不对，还应进行相对应的补偿。

五、程序清单

#include "stm32f10x.h"

#include "sys.h"

#include "delay.h"

#include "12864.h"

#include "key4_4.h"

#include "timer.h"

#define KEY0 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_10)//读取按键0

void Delay_Ms(u16 time);

/*************** 配置Switch用到的I/O口*******************/

void Init_GPIO_Switch(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);

//关闭jtag，使能SWD，可以用SWD模式调试

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

// 使能PC端口时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;

//PC0

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

//IO口速度为50MHz

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;

//设置成输入

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

//初始化PC0

}

/****************************************************************

*功能名称:main

*描述:主程序。

*输入:无

*输出:无

*返回:无

****************************************************************/

int main(void)

{

u8 i=0;

RCC_ClocksTypeDef RCC_Clocks; //初始化程序

RCC_Configuration(RCC_PLLMul_4); //8M*4 == 32M

RCC_GetClocksFreq(&RCC_Clocks); //获取片上时钟

Init_12864(); //初始化12864液晶

Key_Init();

Init_GPIO_Switch();

Init_GPIO_DAC0832();

Data0=25;

TIM3_Int_Init(50+Data0,320);

//频率：32000000/ 320 ==100 000 /100 == 1000 /50==20

LCD_P6x8Str(3,16," Sine Wave ");

LCD_P6x8Str(7,6*2,"Frequency: 15 Hz");

while (1)

{

if(KEY0)

{

if(i!=2)

{

__set_PRIMASK(1);

GPIO_ResetBits(GPIOB, ((uint16_t)0xC000));

}

Key_Test();

i=2;

}

else{

if(i!=5)

{

TIM3_Int_Init(50+Data0,320);

__set_PRIMASK(0); //使能TIMx外设

GPIO_ResetBits(GPIOB, ((uint16_t)0xC000));

}

i=5;

}

/*************** 定时器*******************/

#include "timer.h"

#include "math.h"

#define ADC_CS_WR(a) if (a)

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);

else

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14)

#define ADC_CS_WR2(a) if (a)

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15);

else

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15)

#define PI 3.1415926f //圆周率

u8 mode; //模式：正弦波……

u16 freq; //频率

u8 time; //计次参数

u8 AM; //调幅

/*************** 配置DAC用到的I/O口*******************/

void Init_GPIO_DAC0832(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); // 使能PC端口时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ((uint16_t)0x03FF); //选择对应的引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度为50MHz

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化PC端口

GPIO_SetBits(GPIOC, ((uint16_t)0x00FF)); // 高

GPIO_ResetBits(GPIOC, ((uint16_t)0x00FF)); // 低

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); // 使能PC端口时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ((uint16_t)0xC000); //选择对应的引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度为50MHz

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化PC端口

GPIO_SetBits(GPIOC, ((uint16_t)0xC000)); // 高

GPIO_ResetBits(GPIOC, ((uint16_t)0xC000)); // 低

time=0;

ADC_CS_WR(0);

mode=0; //默认输出正弦波

freq=100; //默认频率

AM=255; //最大幅度

}

void DAC_0832_Data(uint8_t Data)

{

GPIO_ResetBits(GPIOC,~Data);

GPIO_SetBits(GPIOC,Data);

}

void sine_wave(u8 location)//输出正弦波

{

double x=(double)location/50*PI;//把0-100放缩到0-2派(pai，没有那个符号)

u8 y=(sin(x)*(AM/2)+(AM/2));//算出y，并放缩到0-254（因为ADC范围0-AM，芯片落后）

DAC_0832_Data(y);

}

void squ_wave(u8 location)//方……

{

if(location<50)

DAC_0832_Data(AM);

else

DAC_0832_Data(0);//这个简单

}

void tri_wave(u8 location)//三……

{

//为了简化，在单周期输出V字形

u8 y;

if(location<50)

y=(50-location)*AM/50;

else

y=(location-50)*AM/50;

DAC_0832_Data(y);

//偶函数，当然说奇函数也没错

}

void saw_wave(u8 location)//锯……

{

DAC_0832_Data(location*AM/100);

//用（100-location）也以变成反向锯齿

}

//通用定时器中断初始化

//这里时钟选择为APB1的2倍，而APB1为36M

//arr：自动重装值。

//psc：时钟预分频数

//这里使用的是定时器3!

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)

{

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值计数到5000为500ms

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 10Khz的计数频率

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式

TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

TIM_ITConfig( //使能或者失能指定的TIM中断

TIM3, //TIM3

TIM_IT_Update ,

ENABLE //使能

);

// TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //TIM3中断

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级0级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //从优先级3级

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外设

// TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);

}

void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中断

{

switch(mode)

{

case W_SINE:sine_wave((u8)(time*freq/100)%100);break;//计算出波的位置

case W_SQU:squ_wave((u8)((time*freq/100)%100));break;

case W_TRI:tri_wave((u8)((time*freq/100)%100));break;

case W_SAW:saw_wave((u8)((time*freq/100)%100));break;

}

time++;

if(time>=100)//计数100次

time=0;

}

#include "key4_4.h"

#include "delay.h"

#include "sys.h"

#include "12864.h"

#include "timer.h"

//8个引脚 4个为行 4个为列

//行输出端口定义

#define X1_GPIO_PORT GPIOB

#define X2_GPIO_PORT GPIOB

#define X3_GPIO_PORT GPIOB

#define X4_GPIO_PORT GPIOB

//列输入端口定义

#define Y1_GPIO_PORT GPIOB

#define Y2_GPIO_PORT GPIOB

#define Y3_GPIO_PORT GPIOB

#define Y4_GPIO_PORT GPIOB

//行输出引脚定义

#define X1_GPIO_PIN GPIO_Pin_0

#define X2_GPIO_PIN GPIO_Pin_1

#define X3_GPIO_PIN GPIO_Pin_2

#define X4_GPIO_PIN GPIO_Pin_3

//列输入引脚定义

#define Y1_GPIO_PIN GPIO_Pin_4

#define Y2_GPIO_PIN GPIO_Pin_5

#define Y3_GPIO_PIN GPIO_Pin_6

#define Y4_GPIO_PIN GPIO_Pin_7

//行输出时钟定义

#define X1_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

#define X2_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

#define X3_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

#define X4_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

//列输入时钟定义

#define Y1_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

#define Y2_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

#define Y3_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

#define Y4_RCC RCC_APB2Periph_GPIOB

//移植代码只需要修改上面的端口和引脚和时钟即可，下面的代码不用修改。

//矩阵键盘所用的8个引脚可连续可不连续，看实际需要和个人爱好自己定义。

unsigned char Y1,Y2,Y3,Y4;

void Key_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);

/*******************4行输出 *****************************/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = X1_GPIO_PIN ;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;