中期答辯報告

1、西安電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）中期進展報告（ 2016 屆）題 目 基于STM32的DDS信號發(fā)生器設(shè)計學(xué)生姓名 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2016 年 4 月1、畢業(yè)設(shè)計工作是否更換題目及是否按開題報告預(yù)定的內(nèi)容及進度安排進行未更換題目，是按開題報告預(yù)定的內(nèi)容及進度安排進行2 目前已完成的研究工作及結(jié)果（內(nèi)容要詳實充分）（1）解了這一題目的研究目的和意義信號發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電信號的設(shè)備，在科技領(lǐng)域和生產(chǎn)實踐中有著廣泛的應(yīng)用。在面向各種電信系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的檢測活動中，包括振幅特性、頻率特性、傳輸特性及其它相關(guān)電參數(shù)，信號發(fā)生器是不可或缺的。

2、信號發(fā)生器在通信、測量 雷達、控制教學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。不論是在生產(chǎn)、科研還是在教學(xué)上，信號發(fā)生器都是電子工程師信號仿真實驗的最佳工具。而且，信號發(fā)生器的設(shè)計方法多，設(shè)計技術(shù)也越來越先進，隨著我國經(jīng)濟和科技的發(fā)展，對對應(yīng)的測試儀器和測試手段也提出了更高的要求，信號發(fā)生器已成為測試儀器中至關(guān)重要的一類，因此，開發(fā)信號發(fā)生器具有重大意義（2）了解了國內(nèi)外信號發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀。在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時，信號發(fā)生器就產(chǎn)生了。到了40年代，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了測試各種接收機的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，使其從定性分析儀器發(fā)展成定量分析測量儀器。60年代時就出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這一階段的信號發(fā)生器多采用模擬電子技

3、術(shù)，且只能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡單波形。自從70 年代出現(xiàn)微處理器后，信號發(fā)生器的功能擴大了，并能產(chǎn)生較復(fù)雜的波形。此時的信號發(fā)生器多采用微處理器對DA進行控制即可得到各種簡單波形。在80年代以后，隨著數(shù)字技術(shù)的日益成熟，絕大部分的信號發(fā)生器采用數(shù)字電路，從一個頻率基準(zhǔn)的數(shù)字合成電路產(chǎn)生可變頻率信號。集中真正高性能的函數(shù)信號發(fā)生器出現(xiàn)在90年代末，HP公司推出了型號為HP770S的信號模擬裝置系統(tǒng)，它是由HP8770A任意波形數(shù)字化和HP1770A波形發(fā)生軟件組成。信號發(fā)生器技術(shù)發(fā)展至今，引導(dǎo)技術(shù)潮流的仍是日本橫河、Agilent、Tektronix等國外的幾大儀器公司。美國

4、的FLUKE公司的FLUKE-25型函數(shù)發(fā)生器是現(xiàn)有的測試儀器中最具多樣性功能的幾種儀器之一，它和頻率計數(shù)器組合在一起，在任何條件下都可以給出很高的波形質(zhì)量，能給出低失真的正弦波和三角波，還能給出過沖很小的快沿方波，其最高頻率可達到5MHz，最大輸出幅度可達到10Vpp。 國內(nèi)也有不少公司已經(jīng)有了類似的儀器。如南京盛普儀器科技有限公司的SPF120DDS信號發(fā)生器，華高儀器生產(chǎn)的HG1600H型數(shù)字合成函數(shù)任意波形信號發(fā)生器。國內(nèi)信號發(fā)生器起步晚，但發(fā)展至今，已經(jīng)漸漸跟上國際的腳步，能夠利用高新技術(shù)開發(fā)出達到國際水平的高性能多功能信號發(fā)生器。（3）確定了最終設(shè)計方案 信號的產(chǎn)生由STM32強大

5、的12位DAC和豐富的外部中斷資源完成。采用DDS方法，任何頻率的波形都可看做由一系列的采樣點所組成，可以事先將各波形的數(shù)據(jù)點存儲在RAM中，然后通過DMA將這些數(shù)據(jù)傳到DAC中進行轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生波形。通過改變DA轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量大的速率或是取點數(shù)量來實現(xiàn)頻率可調(diào)。通過將原始數(shù)據(jù)乘以一個比例系數(shù)重新保存到新的位置，并將新地址與DAC轉(zhuǎn)化寄存器的地址通過DMA控制器關(guān)聯(lián)，即可實現(xiàn)幅度可調(diào)。通過控制按鍵可以控制頻率和幅度的步進，并在液晶屏上顯示實時數(shù)據(jù)。（4）目前研究結(jié)果系統(tǒng)框圖LCD顯示模塊MCU控制模塊按鍵模塊信號輸出模塊 MCU控制模塊 系統(tǒng)的MCU采用STM32F103ZCT6作為控制模塊，主

6、要完成按鍵掃描、信號輸出、LCD顯示等。STM32系列單片機具有內(nèi)置DAC轉(zhuǎn)換器和DMA控制器，并有最高72MHz的主頻，可完成較高頻率信號的穩(wěn)定輸出。按鍵模塊使能STM32的定時器2（TIM2），TIM2中斷服務(wù)函數(shù)為Library->src->stm32f10x_it.c中的“void TIM2_IRQHandler(void)”， TIM2中斷，用于按鍵掃描。 采用定時器實現(xiàn)按鍵掃描，可以大大提高CPU效率。下圖給出了采用定時器中斷實現(xiàn)掃描按鍵的流程圖 LCD 顯示模塊本設(shè)計通過LCD12864顯示波形信息，MCU與LCD12864通過串行方式傳輸數(shù)據(jù)，當(dāng)波形發(fā)生變化時立即更

7、新LCD顯示信息，實現(xiàn)了人機界面的交互。信號輸出模塊 DAC是12位數(shù)字輸入，電壓輸出的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器。DAC可以配置為8位或12位模式。DAC模塊有2個輸出通道，每個通道都有單獨的轉(zhuǎn)換器。DMA用來提供在外設(shè)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。無須CPU干預(yù)，數(shù)據(jù)可以通過DMA快速地移動，這就節(jié)省了CPU的資源來做其他操作。 兩個DMA控制器有12個通道(DMA1有7個通道，DMA2有5個通道)，每個通道專門用來管理來自于一個或多個外設(shè)對存儲器訪問的請求。還有一個仲裁器來協(xié)調(diào)各個DMA請求的優(yōu)先權(quán)。本實驗DAC工作在12位模式，數(shù)據(jù)設(shè)置成右對齊。信號輸出采用定時器觸發(fā)DMA傳

8、輸數(shù)據(jù)到DAC寄存器的方式，可大大降低信號輸出對CPU的占用率并提高波形的精準(zhǔn)性。DAC信號輸出的流程圖如下 目前已編程實現(xiàn)了正弦波的產(chǎn)生，而且波形頻率幅度可調(diào)，下圖為示波器顯示的波形3. 后期擬完成的研究工作及進度安排（要有可行性）通過多次實驗和調(diào)試，最終實現(xiàn)了正弦波的產(chǎn)生。希望通過類比正弦波的實現(xiàn)方法再完成方波和三角波，并實現(xiàn)各波形頻率幅度可調(diào)。通過按鍵可以選擇切換波形，調(diào)節(jié)波形的幅度和頻率，并通過液晶屏顯示當(dāng)下的幅度、頻率、波形等信息。用工具Altium Designer畫出PCB。最后整理資料，完成畢業(yè)設(shè)計報告。4存在的困難與問題在按鍵掃描模塊中如何切換波形，并改變各波形的頻率和幅度。如何實現(xiàn)波形不失真的同時讓頻率范圍更寬。如何做到步進更精確。安裝工具Altium Desi