基于STM32的信号发生器设计

1、精选文档摘 要信号发生器是一种能产生多个函数信号的的仪器，常见的有正弦波、方波、三角波等。在电子技术飞速进展的今日，信号发生器作为各种信号源无论在试验室还是在设备检测中已经具有格外广泛的用途。传统的信号发生器大多是基于模拟电子技术设计制作的，这种信号源制作简洁，成本低廉，但是它的缺点也很多，比如不便于存储，频率稳定度差，失真度高等。DDS是以全数字技术，从相位概念动身直接合成所需波形的一种新的合成原理。本设计接受DDS和单片机技术相结合，以STM32F103RBT6芯片及AD9834为核心设计了一种幅度、相位、频率都可调整的信号发生器，它不仅能克服传统的正弦波信号发生器的缺点，而且由模拟乘法器

2、产生调幅电路、接受数字键控的方法实现二进制PSK、ASK信号，且频带较宽、频率稳定度高，波形良好。该信号发生器具有更强的市场竞争力，在跳频技术、无线电通信技术方面具有比较宽敞的进展前景。关键字：信号发生器，STM32F103RBT6，DDS，AD9834精选文档ABSTRACTSignal generator can generate multiple functions is a signal of the instrument, common have a sine wave, square wave, triangle wave, etc. In today's rapid de

3、velopment of electronic technology, signal generator as a variety of signal source in the laboratory or in the equipment testing has a very wide range of USES. Most of the traditional sine wave signal generator is designed based on analog&#

4、160;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,&#

5、160;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 waveform

6、s 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&#

7、160;regulated.Its not only can overcome the traditional shortcomings of the sine wave signal generator, and the  amplitude circuit is produced by the analog multiplier , 

8、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&#

9、160;competitiveness, in the frequency hopping, radio communication technology has relatively broad prospects for development.Key words: signal generator, STM32F103RBT6, DDS, AD9834精选文档名目第1章引言11.1 选题背景11.2 争辩目标和意义21.3 争辩思路2第2章方案论证32.1 主

10、把握器32.2 信号发生源42.3 系统稳压模块52.4 DDS稳压模块52.5 频率把握模块52.6 串口模块62.7 显示模块6第3章硬件模块详解83.1 STM32F103RBT6简介83.1.1 综述83.1.2 结构概览83.1.3 特性93.1.4 芯片引脚排列说明103.2 信号发生模块123.2.1 综述123.2.2 特点和优势123.2.3 芯片引脚排列及功能133.3 正弦调制信号的产生153.4 三角波调制信号的产生163.5 LCD显示器173.5.1 综述173.5.2 基本特征173.5.3 把握器接口信号说明18第4章硬件电路设计204.1 STM32主控电路及

11、液晶显示电路204.2 AD9834信号源模块224.3 系统电源模块及DDS电源234.4 把握模块244.5 串口模块24第5章系统软件设计及调试265.1 Keil软件的介绍265.2 系统软件设计275.2.1 软件流程图285.2.2 系统软件设计原理285.3 信号产生的程序295.4 测试仪器315.4.1 技术性能345.5 指标测试345.5.1 正弦波指标测试345.5.2 三角波指标测试345.5.3 方波指标测试345.6 测试结果35参考文献38致谢39附录40附录一：原理图及PCB图40外文资料原文41译文47精选文档第1章 引言1.1 选题背景信号源作为一种信号产

12、生的装置已经越来越受到人们的重视，它可以依据用户的要求，产生自己需要的波形，具有重复性好，实时性强等优点，已经逐步取代了传统的函数发生器。当今高性能的信号源均通过频率合成技术来实现，随着计算机、数字集成电路和微电子技术的进展，频率合成技术有了新的突破直接数字频率合成技术DDS(Direct Digital Synthesis)，他是将先进的数字信号处理理论与方法导入到信号合成领域的一项新技术，它的消灭为进一步提高信号的频率稳定度供应了新的解决方法。同时，随着微电子技术的快速进展，尤其是单片机技术的进展，智能仪器也有了新的进展，功能更加完善，性能也更加牢靠，智能程度也不断提高。本课题的目的就是依

13、据DDS原理设计开发出一个能产生正弦波，且能产生幅度调制（AM）信号电路，产生模拟调制（FM）信号电路，产生二进制PSK，ASK信号电路1。近几年超高速数字电路的进展以及对DDS的深化争辩，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的进展，其已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。随着微电子技术的飞速进展，目前超群性能优良的DDS 产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg 和Stanford 等公司单片电路（monolithic）。Qualcomm公司推出了DDS 系列Q2220、Q2230

14、、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368 的时钟频率为130MHz，辨别率为0.03Hz，杂散把握为-76dB，变频时间为0.1s;美国AD 公司也相继推出了他们的DDS 系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856 和AD9857。AD公司的DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。1.2 争辩目标和意义该毕业设计的争辩和制作全面说明白对低频信号发生器系统要有一个全面的了解，对低频信号的发生原理要理解把握，以及低频信号发生器工作流程：博兴的设

15、定、DAC应用、新型微处理器系统把握、低噪声LDO电源、显示模块、键盘、低噪声放大器等各模块之间通信，各部分要娴熟连接调试。能够正确了解常规芯片的使用方法，把握简洁的信号发生器应用系统软硬件的设计方法。进一步熬炼我们在信号处理方面的实际动手力量和工作力量。1.3 争辩思路（1）把握相关电子电路，微处理器基础理论学问和设计方法；（2）生疏信号产生的原理；（3）利用相应微处理器完成信号发生系统的设计，使信号频率可调以及相关信息显示。精选文档第2章 方案论证依据题目要求，本系统主要由主把握器模块、DDS模块、系统稳压模块、DDS稳压模块、频率把握模块、串口模块和显示模块构成。如图2-1：主把握器模块

16、DDS模块系统稳压模块DDS稳压模块串口模块显示模块频率把握模块图2-1 系统原理图2.1 主把握器方案一：接受通用的51单片机AT89S52作为主把握器，完成数据处理，DDS的频率输出把握，键盘的扫描及液晶显示器的显示把握等。由于51单片机内部的RAM和ROM都比较小，考虑到实现本系统需要大量的数据处理及液晶显示需占用大量的ROM资源等，用51单片机实现本系统就需外扩RAM和ROM，实现起来比较麻烦。而且本系统需要用A/D转换器采样调制信号实现调频信号的输出，使用51单片机就需外扩一片A/D转换芯片，实现也比较麻烦。而且基于整个系统的速度要求，51单片机也不能满足要求。方案二：接受意法半导体

17、公司的32位微处理器STM32F103RBT6作为主把握器。由于STM32F103RBT6内置有20K的SRAM和128K字的内存FLASH，能满足本系统数据处理及液晶显示所需数据的存储要求CPU时钟频率高达72MHz，能满足速度要求；集成有12位电压模数转换器ADC，可以满足系统采样调制信号的要求；一片STM32F103RBT6就可以完成整个系统的主要功能，基本不需要扩展其他器件，不仅体积小而且牢靠性高。接受C语言编程，简洁便利，使开发更加简洁，整个系统更加简洁。方案二：接受凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主把握器。由于SPCE061A内置有2K字的SRAM和32K字的内存FLAS

18、H，能满足本系统数据处理及液晶显示所需数据的存储要求CPU时钟频率高达49.152MHz，不能能满足速度要求；集成有7通道10位电压模数转换器ADC，可以满足系统采样调制信号的要求；一片凌阳SPCE061A单片机就可以完成整个系统的主要功能，基本不需要扩展其他器件，不仅体积小而且牢靠性高。而且凌阳单片机具有C语言风格的汇编语言，有与标准C兼容的C语言，C语言函数可以与汇编函数相互调用，使其开发更加简洁，但是由于处理速度不高，因此不能满足要求综上所述，本系统接受方案二，利用STM32F103RBT6作为主控芯片。2.2 信号发生源方案一：接受反馈型LC振荡原理，选择合适的电容、电感就能产生相应的

19、正弦信号。此方案器件比较简洁，但是难以达到高精度的程控调整，而且稳定度不高，故不接受。 方案二：接受DDS技术的基本原理。DDS技术是基于 Nyquist采样定理，将模拟信号进行采集，经量化后存入存储器中（查找表），通过CPLD或者FPGA进行寻址查表输出波形的数据，再经D/A 转换滤波即可恢复原波形。依据 Nyquist 采样定理知，要使信号能够恢复，必需满足采样频率大于被采样信号最高频率的2倍，否则将产生混叠，经D/A 不能恢复原信号。此方案产生的波形比较稳定，在高频输出时会产生失真，而且电路比较简单，故不接受。方案三：直接接受DDS集成芯片。AD9834是AD公司生产的DDS芯片，带并行

20、和串行加载方式，AD9834 内含可编程DDS系统和高速比较器,能实现全数字编程把握的频率合成。 由于DDS集成芯片能达到要求，而且节省硬件电路，程控调整能够便利实现，本设计接受方案三，作为1K35MHz信号发生源。2.3 系统稳压模块该MIC5219是具有高的高效线性电压调整器峰值输出电流力量，格外低的压差电压，不到1 的输出电压精度更好。差一般为10mV ，在轻载和小于500mV的满负荷。该MIC5219的目的是供应一个峰值输出电流为启动条件，其中高浪涌电流要求。它具有一个500mA峰值输出评级。连续输出电流只由封装和布局的限制。该MIC5219可以启用或由CMOS或关闭TTL兼容的信号。

21、禁用时，功耗降至近于零。差的接地电流被最小化，以有助于延长电池寿命。其他主要功能包括的反相电池爱护，电流限制，过温关断，并用一个超低噪声的选择的低噪声性能。由于STM32F103是一款低功耗芯片，并且只具有少量外设，故接受体积格外小巧的MIC5219稳压芯片。2.4 DDS稳压模块接受AM1117线性稳压芯片，AMS1117的片上微调把基准电压调整到1%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量削减因稳压器和电源电路超载而造成的压力使DDS芯片工作电压平稳，削减对信号源造成的杂波干扰。2.5 频率把握模块方案一：使用变容二极管直接调频。变容二极管是依据PN结的结电容随反向电压转变而变化的原理

22、设计的一种二极管。加反向偏压时，变容二极管呈现一个较大的结电容。变容二极管要并接在产生中心频率振荡的选频网络的两端，并加上调制信号，使中心频率随调制信号的幅值的转变而转变，从而达到调频作用。但是本方案会使电路产生的频偏不稳定，简洁产生中心频率偏移。 方案二：接受锁相环进行调制，接受锁相环路调频，能够达到中心频率高度稳定的调频信号。由于锁相环能跟踪并锁定中心频率。从而使中心频率有足够高的稳定度。而调制信号就加在VCO（压控振荡器）的输入端，从而使中心频率随调制信号的幅值的转变而转变。本方案比较直观，而且中心频率和频偏都比较精确，但是电路简单，故不接受。方案三：STM32F103RBT6内部集成有

23、12位ADC。可先将调制信号离散化，当采集完一个周期（1ms）的数据后，计算出每相邻两个抽样点的偏移量，这样就可以依据偏移量把握转变DDS的输出频率，从而达到调频效果，而且硬件只需要使用弹性按键。综上所述，本次设计接受方案三。2.6 串口模块方案一：使用CH340串口芯片。CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。 在串口方式下，CH340供应常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将一般的串口设备直接升级到USB总线。CH340是一款格外优秀的TTL电平转换芯片，可以将USB直接转换为TTL电平与主把握器UART

24、进行通信。但是由于电路较为简单，顾不接受。方案二：使用CP2102串口芯片。CP2102其集成度高，内置USB2.0全速功能把握器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线（UART），支持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件。CP2102与其他USB-UART转接电路的工作原理类似，通过驱动程序将PC的USB口虚拟成COM口以达到扩展的目的。CP2102是一款高度集成的电平转换芯片，性能格外优秀，整体电路格外简洁、洁净。综上所述，接受方案二CP2102作为串口模块芯片。2.7 显示模块方案一：接受LCD1602显示屏。工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字

25、符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种特地用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正由于如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，把握原理是完全相同的，因此基于HD44780写的把握程序可以很便利地应用于市面上大部分的字符型液晶。但不能显示中文，因此不能直

26、观的表现显示数据。方案二：接受LCD12864显示屏。带中文字库的LCD12864 是一种具有4 位/8 位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示辨别率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块机敏的接口方式和简洁、便利的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。底层驱动代码简洁易操作。格外符合系统要求。方案三：接受LED数码管显示。led数码管（LED Segm

27、ent Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。可放在PCB电路板上按红绿蓝挨次呈直线排列，以专用驱动芯片把握，构成变化无穷的颜色和图形。外壳接受阻燃PC塑料制作，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线，防尘，防潮。LED护栏管具有功耗小，无热量，耐冲击，长寿命等优点，协作把握器，即可实现流水，渐变，跳变，追赶等效果。但由于显示内容不多，顾不接受。综上所述，接受方案二接受LCD12864作为显示模块。

28、精选文档第3章 硬件模块详解3.1 STM32F103RBT6简介3.1.1 综述STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理其产品，内置128KB的FLASH、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器和3路UART通信口等多种资源，时钟频率最高可达72MHz。3.1.2 结构概览图3-1 内部结构图3.1.3 特性STM32F103RBT6 封装：LQFP64内核：ARM32 位Cortex-M3 CPU,72MHz，90 DMIPS1.25 DMIPS MH,单周期乘法和硬件除法, 通用增加型,内嵌中断把握器有43 个可屏蔽中断通道,接受尾链

29、(tail chaining)技术的中断处理（降至6 个CPU 周期）。STM32F103RBT6 内置128KB 的Flash，最多内嵌20KB 的SRAM，以CPU 时钟速度访问（读/写），0 等待状态时钟，复位(RESET)，电源管理：-2.03.6 伏供电和I / O-POR, PDR,可编程电压监测器（PVD）-416 MHz 石英振荡器-内置8 MHz 厂家校准RC-内置32 kHz RC-为RTC 专用的32kHz 振荡器及校准STM32F103RBT6 具有低功耗：-睡眠，终止，待机三种模式-VBAT 为RTC 和备份寄存器供电2 x 12-bit, 1 s 数模转换器(16

30、通道)-转换范围2.0 至3.6 伏-双采样保持功能-与先进的把握定时器同步-温度传感器DMA:-7 通道DMA 把握器-支持的外设，定时器，数模转换器，SPI 接口，i2c 接口，USART 接口DEBUG 模式-串行线debug（SWD）和JTAG 接口STM32F103RBT6 有80 个快速I/O 端口- 32/49/80 5 V-tolerant I/Os-不行中断的读/修改/写操作- 16 个外部中断向量全可映射7 个定时器-三个16 位定时器，每个有4 个IC / OC/ PWM 或脉冲计数器-6 通道16 位先进把握定时器：多达6 个PWM 输出死区时间生成和急停-2 个16

31、位监视定时器(Independent and Window)- SysTick 定时器：24 位递减计数器STM32F103RBT6 多达9 个通信接口-多达2 个I C 接口（支持SMBus / PMBus）-多达3 个USART（ISO7816 接口，LIN，红外线功能，调制解调器把握）- 2 个SPI 接口（18 Mbit/s）3.1.4 芯片引脚排列说明STM32F103RBT6有64个引脚，接受LQFP64封装形式；排列如下图3-2、图3-3：图3-2 芯片原理图图3-3 芯片封装图3.2 信号发生模块信号发生模块主要部分是AD9834。3.2.1 综述AD9834是一款75 MHz

32、、低功耗DDS器件，能够产生高性能正弦波和三角波输出。其片内还集成一个比较器，支持产生方波以用于时钟发生。当供电电压为3 V时，其功耗仅为20 mW，格外适合对功耗敏感的应用。AD9834供应相位调制和频率调制功能。频率寄存器为28位；时钟速率为75 MHz，可以实现0.28 Hz的辨别率。同样，时钟速率为1 MHz时，AD9834可以实现0.004 Hz的辨别率。影响频率和相位调制的方法是通过串行接口加载寄存器，然后通过软件或FSELECT/PSELECT引脚切换寄存器。AD9834通过一个三线式串行接口写入数据。该串行接口能够以最高40 MHz的时钟速率工作，并且与DSP和微把握器标准兼容

33、。该器件接受2.3 V至5.5 V电源供电。模拟和数字部分彼此独立，可以接受不同的电源供电；例如，AVDD可以是5 V，而DVDD可以是3 V。AD9834具有掉电引脚(SLEEP)，支持从外部把握掉电模式。器件中不用的部分可以掉电，以将功耗降至最低。例如，在产生时钟输出时，可以关断DAC。3.2.2 特点和优势窄带SFDR > 72 dB电源电压范围：2.3 V至5.5 V 电源供电输出频率最高达37.5 MHz正弦波输出/三角波输出片上集成比较器式SPI接口扩展温度范围：40°C至+105°C掉电选项功耗：20 mW（3 V时）20引脚TSSOP3.2.3 芯片引

34、脚排列及功能FS ADJUST（1脚）：全面调控。在此脚与AGND有个电阻RSET。这打算整个DA转换的电流的幅度。电流和RSET的关系IOUTFULLSCALE=18*FSADJUST/RSET。FSADJUST=1.15V(额定),REST=6.8 K(典型值)。REFOUT（2脚）：输出参考电压。芯片内已有一个1.2V的电压参考值。COMP（3脚）：DA转换偏压。用来耦合偏置电压。AVDD（4脚）：模拟部分正极电源。范围2.3V5.5V，在AVDD和AGND之间应加一个0.1uF的去耦电容。DVDD（5脚）：数字部分正极电源。CAP/2.5V（6脚）：数字电路运行在2.5V下。此电源产生

35、于DVDD，用的是板上调整器。这个调整器需要一个100nF的去耦电容，接在此脚和DGND间，假如DVDD<=2.7V，那么此引脚应与DVDD短接。 DGND（7脚）：数字的接地。 MCLK（8脚）：数字时钟输入端。DDS输出地频率表述为主时钟频率的二进制小数形式。此输出地频率精确度和相位噪声由这个时钟打算。 FSELECT（9脚）：频率选择输入端。FSELECT把握频率寄存器，FREQ0、FREQ1，这用在相位累加器。要用的频率寄存器可以由FSELECT或FSEL位来选择。当FSEL位选择频率寄存器时，则FSELECT接于COMS 的高或低。 PSELECT（10脚）：相位选择输入端，P

36、SELECT把握相位寄存器,PHASE0/PHASE1,增加到相位累加器的输出，要用相位寄存器时可由FSELECT脚或PSEL位来选择，当由FSEL位把握时，FSELECT脚应接在CMOS的高或低。 RESET（11脚）：激活高数字输入端。此引脚复位相应的内部寄存器置0，这相当于部分模拟输出。RESET不会影响地址存储器。 SLEEP（12脚）：激活高位数字输入端，当此引脚置高，DA转换关闭。此引脚一样有把握SLEEP12位的功能。 SDATA（13脚）：数据串口输入端。16位数据由此输入。 SCLK（14脚）：串行时钟输入。SCLK的每个下降沿就将一位输入AD9834。 FSYNC（15脚）

37、：激活地位把握输入端。此为输入数据的帧同步信号。当FSYNC拉低，内部规律电路就会告知芯片一位新的字节进入了。 SIGN BIT OUT（16脚）：规律输出。此引脚可以输出比较器的输出，也可输出来自NCO的MSB，在寄存器置位POPBITEN可以使能此脚，DIGN/PIB为打算是比较器输出还是来自NCO的MSB输出。 VIN（17脚）：比较器输入端。比较器能够由正弦波DA转换的输出产生方波。在接入比较器之前DA的输出应适当滤波以减小抖动。当置位OPBITEN和SIGN/PIB寄存器以置1，比较器输入接VIN AGND（18脚）：模拟的接地。 IOUT（19脚），IOUTB（20脚）：电流输出。

38、这是一个高阻抗电流源。像200电阻接于IOUT和AGND之间。IOUTB应当在AGND之间接200的外部电阻，也可直接接AGND，建议在AGND间接一个20pF电容防止时钟馈通AD9834接受TSSOP-20封装，引脚分布如下图3-4：图3-4 芯片引脚分布图3.3 正弦调制信号的产生1K正弦调制信号的产生接受DDS技术。 DDS技术接受全数字技术实现频率合成，和其它一般的频率合成技术相比，有一些突出的优点和独特的性能：DDS 在相对带宽、频率转换时间、频率辨别率、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平。 DDS的实现原理如下图3-5：图3-

39、5 DDS实现原理DDS 技术的实现依靠于高速、高性能的数字器件。可编程规律器件以其速度高、规模大、可编程，以及有强大EDA 软件支持等特性，格外适合实现频率的合成。由于本系统要求产生1KHz的正弦调制信号,失真度要求要小,而且稳定性要好,DDS 的失真度除受D/A 转换器本身的噪声影响外，还与存储深度M和D/A 字长有亲密关系，设q 为均匀量化间隔，其失真度近似数学关系为：=*100% （4-1）本系统的量化级为256（8 位DAC），经计算其失真度约为5.676%，可以满足设计要求。DDS设计电路产生的波形存在高次谐波，须进行低通滤波使波形平滑，为使通带内的起伏最小，我们接受了巴特沃斯二阶

40、低通滤波器，如图3-6。巴特沃思二阶低通滤波器的截止频率为fc = 1/ 2RC 。由于只需产生1KHz的正弦信号，本系统设计的滤波器的截至频率为2KHz，选取C=1uf，经计算取R=80。图3-6 二阶巴特沃思滤波器3.4 三角波调制信号的产生它首先对需要产生的信号波形进行采样和量化，然后存入存储器作为待产生信号波形的数据表。输出信号波形时，电路在一个高稳定时钟把握下从数据表中依次读出信号波形的数据，产生过数字化的信号，这个信号再通过DAC转换成所需的模拟信号波形。它的核心是相位累加器，由N位加法器与N位相位寄存器构成，类似一个简洁的计数器。加法器将频率把握字与累加寄存器输出的累加相位数据相

41、加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率把握字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。将相位寄存器的输出与相位把握字相加得到的数据作为一个地址对正弦查询表进行寻址，查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号，通过D/A变换器把数字量变成模拟量，再经过低通滤波器平滑并滤除不需要的取样重量，以便输出频谱纯洁的正弦波信号。在参考频率为¦s的状况下，DDS系统输出信号的频率f0为： （4-2）输出信号的频率辨别率f0为: （4-3）3.5 LCD显示器本设计中接受了

42、LCD12864 液晶显示器，该显示器是128×64点阵式液晶，其结构框图见下图3-7。图3-7 液晶结构图3.5.1 综述带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示辨别率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块机敏的接口方式和简洁、便利的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案

43、与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。3.5.2 基本特征（1）低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）（2）显示辨别率:128×64点 （3）内置汉字字库，供应8192个16×16点阵汉字(简繁体可选) （4）内置 128个16×8点阵字符 （5）2MHZ 时钟频率 （6）显示方式：STN、半透、正显（7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）视角方向：6点 （9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为一般LED 的1/51/10 （10）通讯方式：串行、并选可选（

44、11）内置DC-DC 转换电路，无需外加负压 （12）无需片选信号，简化软件设计（13）工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +603.5.3 把握器接口信号说明RS，R/W 的协作选择打算把握界面的4 种模式：表3-1 功能管脚表RSR/W功能说明LLMPU写指令到指令暂存器（IR）LH读出忙标志（BF）及地址计数器（AC）的状态HLMPU写入数据到数据暂存器（DR）HHMPU从数据暂存器（DR）中读出数据表3-2 E信号E状态执行动作结果凹凸I/O缓冲DR协作/W进行写数据或指令高DRI/O缓冲协作R进行读数据或指令低/低高无动作忙标志:BF BF标志供应内部工作状况.BF

45、=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0 时,模块为预备状态,随时可接受外部指令和数据.利用STATUS RD 指令,可以将BF 读到DB7 总线,从而检验模块之工作状态。字型产生ROM（CGROM） 字型产生ROM（CGROM）供应8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的把握。DFF=1 为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0 为关显示（DISPLAY OFF)。DFF 的状态是指令DISPLAYON/OFF和RST信号把握的。 显示数据RAM（DDRAM）模块内部显示数据RAM 供应64×2 个位元组的空间

46、，最多可把握4 行16 字（64 个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM 时，可分别显示CGROM 与CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM 字型及CGROM 的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM 中写入的编码选择，在0000H0006H 的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4 个）将选择CGRAM 的自定义字型，02H7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。字型产生RA

47、M(CGRAM) 字型产生RAM 供应图象定义(造字)功能, 可以供应四组16×16 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有供应的图象字型自行定义到CGRAM 中，便可和CGROM 中的定义一样地通过DDRAM 显示在屏幕中。地址计数器AC 地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由设定指令暂存器来转变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS 为“0”时而R/W 为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6DB0 中。光标/闪烁把握电路此模块供应硬体光标及闪烁把握电路，由地址计数器的值来指定DDRAM 中的光标或

48、闪烁位置。精选文档第4章 硬件电路设计硬件电路使用Altium Designer 15设计完成。主要包括STM32主控电路，AD9834电路，稳压电路，按键电路，串口电路，显示电路。电路设计自动化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来帮忙完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子科技的蓬勃进展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越简单，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机帮助设计已经成为必定趋势，越来越多的设计

49、人员使用快捷、高效的CAD设计软件来进行帮助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的从前一系列版本的功能和优点外，还增加了很多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。 由于Altium Designer 在继承从前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比从前的版本要高

50、一些。Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑规律自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完善融合，为设计者供应了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，娴熟使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。目前最高版本为：Altium Designer 15.0.7 Build 369154.1 STM32主控电路及液晶显示电路用STM32的PB口作为数据线。PD2作为液晶背光把握端口。具体电路如下图4-1：图4-1 主控复位电路及

51、晶振电路，如图4-2：图4-2 复位及晶振LCD12864电路如图4-3：图4-3 液晶4.2 AD9834信号源模块信号输出端共有三路，分别输出正弦波、三角波、方波。输出端接口接受SMA接头，协作N头转接屏蔽线最终连接示波器如图4-4：图4-4 AD9834信号源4.3 系统电源模块及DDS电源系统接受MIC5219作为稳压芯片如图4-5：图4-5 系统稳压源DDS接受AM1117线性稳压芯片如图4-6：图4-6 DDS稳压电源4.4 把握模块接受5个独立的按键作为选择把握模块，调整信号的频率及功能，如图4-7：图4-7 按键4.5 串口模块接受CP2102作为TTL电平转换芯片，用于串口调

52、试，如图4-8：图4-8 CP2102电路系统供电接受USB供电方式，如图4-9：图4-9 USB接口及开关精选文档第5章 系统软件设计及调试5.1 Keil软件的介绍Keil MDK，也称MDK-ARM，Realview MDK、I-MDK、uVision4 等。目前Keil MDK 由三家国内代理商供应技术支持和相关服务。MDK-ARM软件为基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9处理器设备供应了一个完整的开发环境。 MDK-ARM专为微把握器应用而设计，不仅易学易用，而且功能强大，能够满足大多数苛刻的嵌入式应用。MDK-ARM有四个可用版本，分别是MDK-L

53、ite、MDK-Basic、MDK-Standard、MDK-Professional。全部版本均供应一个完善的C / C+开发环境，其中MDK-Professional还包含大量的中间库。完善支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件。行业领先的ARM C/C+编译工具链确定的Keil RTX ，小封装实时操作系统（带源码）Vision4 IDE集成开发环境，调试器和仿真环境TCP/IP网络套件供应多种的协议和各种应用供应带标准驱动类的USB 设备和USB 主机栈为带图形用户接口的嵌入式系统供应了完善的GUI库支持ULINKpro可实时分析运行中的应用程序，且能记录

54、Cortex-M指令的每一次执行关于程序运行的完整代码掩盖率信息执行分析工具和性能分析器可使程序得到最优化大量的项目例程挂念你快速生疏MDK-ARM强大的内置特征符合CMSIS (Cortex微把握器软件接口标准)Keil MDK是美国Keil Software公司出品的ARM系列嵌入式芯片C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil供应了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WINXP、WIN

55、7、WIN8、WIN10等操作系统。假如使用C语言编程，那么Keil几乎就是不二之选了，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其便利易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil MDK软件供应丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的代码，就能体会到Keil MDK生成的目标代码效率格外之高，多数语句生成的代码很紧凑，简洁理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。5.2 系统软件设计系统软件部分主要包括了具有友好界面的操作菜单，各种信号的设置和把握。正弦波产生过程为：频率设置，数据处理，然后把握DDS芯

56、片完成各种频率的正弦波产生；调频信号产生过程：通过A/D转换器采集调制信号，然后依据调制信号的幅度计算出频偏，把频偏数据下载到DDS即可实现调频信号的产生。5.2.1 软件流程图图5-1 系统软件流程图5.2.2 系统软件设计原理软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上打算下来了。 软件任务分析环节是为软件设计做一个总体的规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量、显示、计算、打印、通信和输出把握等，另一类是监控软件，它是特地用来协调各执行模块与操作者之间的关系的，在系统

57、软件中充当组织调度角色。这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系亲密，千变万化。 软件任务分析时，应先将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义）。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。 各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先依据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较简洁编程，而监控程序较易出问题。这犹如当一名操作工人比较简洁，而当一个厂长就比较难了。 软件任务分析的另一个内容是如何支配各个执行模块和监控软件。整个系统软

58、件可分为前台程序和后台程序（背景程序）。前台程序支配一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断）；而后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十ms甚至几百ms也没关系，所以通常将监控程序（键盘解释程序），打印程序和显示程序等，与操作者打交道的程序放在后台程序中执行。不过也可以将全部程序均支配在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。5.3 信号产生的程序AD9834通过不同的时序把握产生信号，三角波和正弦波接受同一输出端，方波接受单独的输出端，产生波形的程序如下：void AD9834_Select_Wave(unsigned int initdata) AD9834_FSYNC_SET; AD9834_SCLK_SET; AD9834