摘 要

本文借助基于ARM架构的STM32单片机对信号源进行了设计，实现了数字控制和频率幅度波形调节。

论文主要研究了基于单片机的信号源其工作方式和工作频率幅度范围指标，以及单片机在实际应用中的作用。

研究结果表明：基于ARM架构的STM32单片机，能很好地完成从键盘输入，到参数显示再到数据处理，最后数据输出的整个过程，并且处理速度快，适应性强。

本文的特色：本文对基于STM32的数字程控信号源进行了设计，从信号源的发展及现状来阐述设计的意义，从设计方案的选择，到整体设计方案的制定，然后是硬件电路的设计和软件电路的设计，最后进行了实物制作的调试分析，整个过程从一个信号源的发展史起，经历了一个设备设计制造的整个过程，毫不突兀，同时本设计也具有多变性，能通过细微的修改，来完成更多其他的功能。

关键词：STM32单片机；数字程控信号源；参数可调

Abstract

In this paper, the STM32 microcontroller based on ARM architecture is used to design the signal source, and digital control and frequency amplitude waveform adjustment are implemented.

The thesis mainly studies the working mode and working frequency range of the signal source based on the single-chip microcomputer, and the function of the single-chip computer in the practical application.

The research results show that the STM32 MCU based on ARM architecture can complete the whole process from keyboard input, parameter display, data processing, and finally data output, and has high processing speed and adaptability.

The characteristics of this article: This article has designed the digital programmable signal source based on STM32, explained the significance of the design from the development and status quo of the signal source, from the choice of design scheme to the formulation of the overall design scheme, and then the design of the hardware circuit. The design of the software circuit, and finally the debugging analysis of the physical production, the entire process from the development history of a signal source, experienced the entire process of a device design and manufacturing, not unexpected, at the same time the design is also variegated, can pass the subtle The changes to complete more other features.

Key Words：STM32 MCU ；Digital Control ；Adjustable parameters

目 录

第1章 绪论 1

1.1 信号源的发展和现状分析 1

1.2 本文研究的主要内容 2

第2章 数字程控信号源的方案选择及工作流程设计 4

2.1 数字程控信号源整体设计方案的选择 4

2.2 数字程控信号源系统总框图和流程设计 5

2.3 数字程控信号源MCU模块的系统框图和流程设计 7

2.4 数字程控信号源各模块的系统框图和流程设计 8

第3章 数字程控信号源的硬件电路设计 10

3.1 数字程控信号源整体和MCU硬件电路设计 10

3.2 数字程控信号源各模块电路设计 12

3.3 本章总结 15

第4章 数字程控信号源软件设计 16

4.1 数字程控信号源系统总体软件设计 16

4.2 数字程控信号源不同模块的软件方法设计 17

4.7 本章总结 18

第5章 数字程控信号源硬件的制作与软硬件调试 19

5.1 数字程控信号源的硬件选择、购买及使用 19

5.2 数字程控信号源的硬件调试 21

第6章 总结与展望 27

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

本章主要是讲解数字程控信号源的发展历程和发展现状，并对其现实意义进行分析，为本设计的设计意义做交代，同时也交代本论文各章节的主要内容

1.1 信号源的发展和现状分析

在我们的日常学习研究和工业生产设计中，常常会用到信号源，例如在通信、广播中，需要射频发射，即利用高频载波信号让各种数据可以通过发射器中远距离传输。再比如医院的核磁共振，超声波成像，都需要高频信号。就连我们平时使用的校园卡，公交卡等近场通讯技术，也需要信号源的支持。

信号源在上个世纪的初期模数电发展时期便已经被人设计出来了，随着工业需要的发展和进步出现了标准的信号源，使得信号源从性质到质量的转变。并且出现了能够测量脉冲电路或作脉冲调制器的脉冲信号源。

自六十年代以来信号源有了高效的发展，出现了函数发生器。这个时候的信号源多采用模拟电子技术，由独立的元件或模拟集成电路构成，其电路结构繁琐，且只能够生成正 弦波、方波、锯齿波和三角波等简单的波形。

七十年代微型处理器出现以后，利用微型处理器、ADC和DAC，软硬件的配合使用使信号源的功能多样化，能够生成足够复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实际上是利用微型处理器对D/A进行控制，以此来生成不同的波形。

八十年代以后，数字集成电路发展势头迅猛，信号源不再采用模拟电路驱动而采用数字电路，以一个频率为基准由数字合成（DDS）生成频率可以随心改变的信号。

九十年代末期出现了高性能的函数信号源，惠普公司推出了型号为HP770S的信号模拟器。

步入二十一世纪以来，集成电路的发展令嵌入式技术发展突飞猛进，这让我们可以在有限小的单板上实现完整信号源的设计制作。目前，引导技术潮流的仍是国外的几大仪器公司，如日本横河、安捷伦、泰克等。例如美国泰克（Tektronix）公司的AFG1022任意函数发生器，内置正弦波、方波、脉冲波、锯齿波、噪声波和45种常用任意波形，频率范围1 μHz～25 MHz，幅度2 mVp-p～20 Vp-p。

国内也有不少公司已经有了类似的仪器。比如上海精密的AFG1410系列，采用DDS技术，内置1.5G计数，输出频率0.01Hz～50MHz，输出幅值2mVp-p～20Vp-p。国内信号发生器起步晚，但发展至今，已经渐渐跟上国际的脚步，能够利用高新技术开发出达到国际水平的高性能多功能信号发生器。

本研究旨在设计一款实用，简单，且功能满足要求的能用程序控制的信号源。信号源可以用模拟电路来制作，也可以用数字电路，第一种方法需要用到集成电路和外部模块配合，对元件的要求高，受各种外力影响较大，当外界的温度、湿度变化时，输出精度会明显变化，而且由于内部电路相对固定，可调节性差，制造完成后，基本不能进行升级或改造。第二种方法就能克服这些问题，由于是数字电路，故其门限判定清晰，抗干扰能力强，其误差很大一部分决定于DAC模块 ，故其精度可控性好，同时数字电路升级容易，且能实现各种新功能，体积小，易携带。而STM32便是数字设计平台中的佼佼者，它具有成本低廉，功能强大的特点。同时它使用应用最广泛的单片机编程软件Keil进行软件设计，使得在软件方面没有较大障碍，故本设计采用STM32单片机设计。

设计这样一款数字程控信号源能为实验带来更好的体验和准确性，同时，也能便于对不同实验进行专业的功能定制和波形定制，同时也能让我国的信号源领域更加蓬勃发展，具有竞争力。

1.2 本文研究的主要内容

步入21世纪以来，微电子科技的发展和物联网技术的革新，使得微型集成电路愈加深入我们的生活，给我们带来无穷的便捷，单片机便是其中的佼佼者，而本文便是基于STM32单片机进行设计的。以下是本论文各章节的主要内容：

第1章绪论是简单的说明了信号源的发展历程和信号源的研究现状，阐述了为什么设计该系统具有重大的意义，这就是为什么进行本设计的目的。

第2章数字程控信号源的整体和各模块流程设计是分析比较了不同方案，并选择最优方案，随后介绍该系统的整体方案设计，包括处理器方案设计、数字显示模块方案设计、模拟波形输出方案设计和按键模块方案设计等。

第3章数字程控信号源的硬件电路设计，首先进行了整体方案设计和整体电路设计，比如进行了MCU电路设计、按键电路模块设计、电源模块设计、LCD1602数字液晶显示模块设计、以及数模转换电路模块设计等。

第4章数字程控电流源软件设计方案，首先对编程软件进行了选择和介绍，随后对系统整体的软件流程进行了设计，对各模块应实现的功能进行大框架的分析，然后对每个模块进行设计，主要涉及到主函数和初始化函数设计，波形生成方法函数设计，模数转换软件设计，LCD1602显示模块软件设计，按键监听检测动作模块设计。

第5章数字程控信号源硬件的制作与软硬件调试，主要是对该系统实际硬件的采购，组装及问题解决，同时详细的介绍了该系统的调试运行状态等，最后给出软硬件调试结果并对结果进行分析，对设计进行评估。

第6章总结与展望，首先对本文进行了总结，指出了本设计的不足之处，需要改进的地方，同时对STM32整个系统的发展前景进行分析。

第2章 数字程控信号源的方案选择及工作流程设计

本章节主要是对系统整体方案的选择、并设计系统总体架构和流程以及各模块的逻辑流程和工作方式，达到整个设计完整协调的目的。

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