广东东软学院科毕业设计封面
科毕业设计（文）
功信号发生器设计实现
Design and implementation of multifunctional signal generator
院
（系）
计算机系
专
业
电子信息工程
班
级
四班
学
号
16210420419
学生姓名
钟韵琪
指导教师
谭德立
提交日期
毕业设计（文）原创性声明
郑重声明：呈交毕业设计（文）指导老师指导独立进行设计（研究）工作取成果文中引文献数图件资料均已明确标注出文中结结果独立完成包含已发表撰写作品成果文研究作出贡献集体均已文中作明确说明完全意识声明法律结果承担
毕业文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日
摘
文制作STM32芯片核心功信号发生器选择STM32系列单片机作功信号发生器控模块控制整系统软硬件操作实现正弦波方波三角波等波形合成信号发生器STM32作设计控制核心产生波形数发送数字信号数模转换器数模转换器数字信号变成模拟信号然传输运算放器运算放器输出波形外部接入键电位器通键调换实现改变程序代码实现波形类型波形频率灵活变化通电位器控制实现幅值调节采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率信息文详细讲解制作功信号发生器操作原理部分软件设计流程纲
关键词：功信号发生器 数模转换器 STM32单片机
Abstract
In this paper a multifunctional signal generator based on STM32 is designed STM32 series singlechip microcomputer is selected as the main control module of multifunction signal generator to control the software and hardware operation of the whole system and realize the synthesis of sine wave square wave triangle wave and other waveforms The signal generator takes STM32 as the main control core of this design generates waveform data sends digital signal to DAC DAC turns digital signal into analog signal then transmits it to op amp finally op amp outputs waveform External access keys and potentiometers through the exchange of keys to change the program code to achieve the flexible change of waveform type and frequency through the control of potentiometers to achieve the adjustment of amplitude The LCD is used to display the type amplitude and frequency of the current output waveform in real time In this paper the operation principle of making multifunctional signal generator and the flow outline of some software design are explained in detail
Key words multifunctional signal generator Digital to analog converter
STM32 single chip microcomputer
目 录
1引言 1
11研究意义目 1
12国外研究现状 2
2功信号发生器总体介绍 4
21总体方案 4
22系统功 4
23系统设计 5
231设计结构 5
232组成结构 5
3功信号发生器硬件设计 6
31 系统芯片介绍 6
311 STM32F103C8T6芯片 6
312 AD9708数模转换器 7
32电源模块 8
33单片机系统 9
34 显示模块 11
35键模块 11
36电位器模块 12
37 PCB板设计 13
4功信号发生器软件设计 14
41 软件设计总流程图 14
42波形输出设计 15
43显示程序设计 15
5结语 16
参考文献 17
致谢 18
1引言
信号发生器生产实践高等学校教育科技等领域中涉学校实验室会配备回路校准器检测电压电流医院超声诊断设备检查身体健康工厂高频感应加热器金属材料进行锻焊接日常电视机收音机等电子设备需音频视频信号运载出等等信号发生器生活息息相关设计信号发生器工作部件种电子设备组成单片机信号发生器中重核心部件低频波形信号单片机程序控制办法产生样单片机线路结构相简洁投入成低传输信号稳定易受信号扰乱等益处重基单片机设计够器件更加易调试轻巧便携符合未发展趋势现类科技研究突破性进展半导体集成电路快速发展动化控制技术运越越娴熟通提高单片机控制功信号发生器应力制作具真正实性成低廉信号发生器
11研究意义目
早前然电子设备技术发展十分缓慢名信号发生器设备已广泛应20世纪40年代着通信技术雷达技术发展普类型接收机设备进行检测通检测接收机否正常接收相应数然信号发生器早已问世功完善功率损害等问题常会出现波形稳定情况长时间易受信号扰乱等问题发展速率迟缓直1964年研究出第台全晶体信号发生器信号发生器逻辑推理测试仪器成定量分析测量仪器
科学家认真学国外先进科学技术国外进修交流学取长补短断完善提升身科学技术推动国家科技高速发展相应电子测试仪器检测技术较前更加严谨工业生产制造器材科学研究设备高等教育教学方面信号发生器电子工程师进行信号仿真试验器材效提升试验准确率信号发生器成缺电子测试仪器
信号发生器发展初期采模拟电子技术微处理器技术普数字技术迅速发展开始利单片机进行信号发生器设计开始采数字电路代机械驱动微处理器出现带动信号发生器倾智化动化发展相应电子测试仪器检测技术较前更加严谨工业生产制造器材科学研究设备高等教育教学方面信号发生器设计求需考量部分越越高需时俱进发展
12国外研究现状
60年代着单片机技术崛起信号发生器发展越越实信号发生器设计求需考量部分越越高电子工程师研究出种类型信号发生器根需求挑选合适类型信号发生器
表12（1）信号发生器类
类
功
低频信号发生器
包括音频（200～20000赫）视频（1赫～
10兆赫）范围正弦波发生器便测试
系统频率特性求输出幅频特性波
形失真
高频信号发生器
频率 100千赫～30兆赫高频30兆赫～
300兆赫甚高频信号途测量种
接收机技术指标
微波信号发生器
分米波直毫米波波段信号信号通常带分布参数谐振腔超高频三极反射速调产生逐渐微波晶体场效应耿氏二极等固体器件取代趋势便测试雷达
等接收机
信号发生器技术发展现海外仪器公司日横河安捷伦美国泰克等站高新技术前端公司产品电子研发提供帮助引领着断进步表示
表12 （2）海外公司产品介绍
公司产品
功
美国福禄克
PM 5400系列电视信号发生器
提供电视录机监视器测试需全部信号
支持PALNTSCSECAM模拟视频标准电视录机视频监控器测试情形前提
出高波形数测试校准数
美国泰克
AWG5200 意波形发生器
灵活精确测试创建验证检测雷达组件获雷达设计真实实时信号采8独立
步通道生成复杂射频环境充分利长信号
播放功时减少设计构建设置时间压力
成产生具低噪声控制源实现业界
清晰信号
日横河
FG220函数信号发生器
产生1μHz15MHz正弦波方波产生
1μHz200KHz意波形两独立通道
道扫描功调制功通液晶显示
触摸屏幕直接进行操操作
国信号发生器发展速率迟缓国家科研技术水断提高够紧国际科研技术脚步成熟微处理器技术嵌入式技术带动信号发生器倾智化动化发展够应微处理器技术嵌入式技术制造出趋国际水准高求稳定功信号发生器应电子测试仪器检测手段较前更加高求工业生产制造器材科学研究设备高等教育教学方面需时俱进发展
表12（3）国公司产品介绍
公司产品
功
苏州光仪器限公司
DT402L电子纬仪
超屏幕液晶显示读数方便操作更
易手广泛应铁路公路
桥梁水利矿山等方面工程测量
建筑型设备安装应
籍测量形测量种工程测量
南京盛普仪器科技限公司
SPF120DDS信号发生器
台带微处理器数字合成信号发生器时具 100MHz 等精度频率计数器功
采现代直接数字合成技术设计制造般传统信号源相具高精度
功高性
成沃特塞恩电子技术限公司
WSPS433MHz200W固态微波源
采全固态微波功率器件输出功率200W实现功率意调节PLL锁相技术频
率度高拥完善保护电路全方位检
测控制模块状态专业应433MHz
医领域固态微波设备
2功信号发生器总体介绍
21总体方案
次制作功信号发生器采STM32F103C8T6单片机控模块控制着整系统软硬件操作该功信号发生器正弦波方波三角波等波形数STM32F103C8T6芯片产生低频信号键模块采独立键方式设置输出波形类型频率数控制波形信号频率数值增者减电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V~+5V间变动信号发生器供电方式USB供电STM32F103C8T6芯片作控制芯片输出需波形数字信号AD9708芯片实现数模转换输出0V~33V模拟电压输出电压低通滤波器处理AD8066芯片转换成5V~+5V模拟电压输出显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
22系统功
表22功信号发生器设计功
功介绍
功1
波形STM32F103C8T6单片机产生
功2
控模块采STM32F103C8T6单片机控制整系统软硬件操作
功3
键模块采独立键方式设置输出波形类型频率数
功4
显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
功5
该信号发生器控制输出信号频率数值增者减
功6
该信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动
23系统设计
基STM32F103C8T6单片机制作功信号发生器核心部分分合成正弦波方波三角波等波形数字信号合成正弦波方波三角波等波形类型频率幅值整合成数信息展示部分正弦波方波三角波等波形合成程序代码进行操合成数纳处理信息显示部分输出单片机处理波形类型频率幅值数实时显示液晶显示屏图23示
STM32F103C8T6
系统
显示
程序控制接口
电源
意波形合成
图23系统框架
231设计结构
该功信号发生器设计采STM32F103C8T6单片机系统作重核心部分进行正弦波方波三角波等波形合成采数模转换器运算放器实现正弦波方波三角波等波形输出电源模块采USB供电方式键模块采独立键方式设置输出波形类型频率实数控制波形信号频率数值增者减电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
232组成结构
AD8066
（运算放器）
AD9708
（数模转换器）
STM32F103C8T6
单片机
低通滤波器
显示屏
电位器
键控制
图232系统组成结构
3功信号发生器硬件设计
该功信号发生器硬件电路分成电源模块控模块键模块电位器模块数模转换器模块显示模块6模块电源模块供电方式USB供电接入+5V电压控模块采STM32F103C8T6单片机键模块采独立键方式设置输出波形类型幅值频率等数控制频率数值增者减通 STM32F103C8T6单片机输出需波形数字信号AD9708数模转换器实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V输出电压低通滤波器处理通运算放器模拟波形信号转换成模拟波形信号输出时模拟电压值5V~+5V电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V~+5V间变动显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
31 系统芯片介绍
311 STM32F103C8T6芯片
研发员通产品闪存容量RMA容量通信接口性引脚数目挑选适系列
表311（1） STM32类
性系列
基型系列
增强型系列
外设
STM32F101xx
STM32F103
闪存（K字节）
32~128
64~128
RMA（K字节）
6~16
20
定时器
通
通
高级控制
通信接口
SPI
SPI
I2C
I2C
USART
USB
USART
CNA
STM32F103C8T6STM32系列款增强型32位微控制器结合高性RISC核次制作控芯片控制着整系统软硬件操作功控芯片实现
表311（2）STM32F103C8T6性
芯片
STM32F103C8T6
引脚数目
48
闪存
64KB
RMA
20K
定时器
7
模数转换器
212位
通道DMA控制器
7
IO端口
80
通信接口
19
工作电压
20V~36V
工作温度
40°C ~ 85°C
工作频率
高达72MHz
图311 引脚分布图
312 AD9708数模转换器
数模转换器简称DAC种数字信号波形转换成模拟信号波形输出器件次制作通STM32F103C8T6单片机输出波形数字信号AD9708数模转换器数字量变换成相应模拟量实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V通运算放器输出5V+5V波形信号
表312 AD9708性
AD9708
组成
基权电阻网络运算放器基准电源模拟开关四部分组成
工作电压
27 V~55 V满足接收数字信号电压值
工作温度
额定温度范围工业温度范围
电流输出
标称满量程输出电流20 mA输出阻抗100 kΩ
低功耗特性
通降低满量程电流输出功耗进步降45 mW性会明显降外省电模式机功耗降约20 mW
32电源模块
电源提供电装置设计供电方式USB供电输入+5V电压衔接 USB 总线转接芯片CH340实现 USB 转串口CH340 芯片置 USB 拉电阻电源电复位电路UD+ UD引脚直接 USB 总线相连XIXD引脚分连接震荡电容引脚间12MHz晶体相连芯片正常运作PB14引脚PB15引脚连接单片机进行接收数发送数图32示
图32 电源设计图
33单片机系统
单片机系统称应系统芯片外部接电源晶振电路复位电路构成基应系统数手册清楚解STM32F103C8T6芯片颗单片机供电范围2V36V果输入电压范围说+5V时候直接单片机供电话芯片容易损坏需+5V电源电压转换成单片机输入电压范围稳压IC+5V电压输出33V样单片机供33V电源图33（1）示
图33（1）稳压线路
单片机晶振电路相类心脏晶振作心脏单片机提供心跳心跳60Hz100Hz左右单片机心跳频率高根需做出相应改变（超单片机高时钟频率）现市情单片机基带晶振外部晶振相较单片机带晶振产生偏差会点般3左右范围单片机带晶振满足数产品需求增添外部晶振般降低系统时钟产生偏差者单片机获更加高频单片机两引脚外部晶振输入口图33（2）示晶振两头接两IO口单片机PC14PC15引脚相接时竞争两头接电容两电容取值10~30P间两电容功滤掉晶振部分高频信号晶振工作时候更加稳定易信号扰
图33（2）复位电路
电脑重新启动原理单片机复位电路原理样电脑运行程中出现死机者卡死机位置重新启动钮样电脑重新启动电脑里面代码重新开始执行单片机样单片机系统正运转受周围情况扰乱出现程序代码跑飞时候复位钮单片机里面程序代码会动头开始进行复位电路电容串联电阻构成根串联电路总电压部分电路两端电压性质单片机开始电时电容两端电压突然快速变动电容电压会通10K电阻充电升VCC电压说单片机RESET引脚会段时间低电果低电需时间胜单片机复位需时间单片机电进程中便会复位次图33（3）示
图33（3）复位电路
34 显示模块
显示模块采096寸液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率显示屏供电范围直流0V~33V显示屏工作温度范围30°C ~ 70°C脚包含CL时钟信号线SDA双数信号线VCC电源正GND电源负分单片机系统引脚相接通 STM32F103C8T6单片机输出需波形数字信号波形数字信号AD9708数模转换器变换成相应波形模拟信号该液晶显示屏展示相应波形类单片机传输数字波形信号AD9708数模转换器实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V输出电压低通滤波器处理通运算放器模拟波形信号转换成模拟波形信号输出时模拟电压值5V~+5V然电位器设定信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动显示屏展示幅值数值单片机键4键5控制波形信号频率数值增者减 显示屏展示频率数值
图34 显示屏实物图
35键模块
键模块采独立键方式设置输出波形类型频率数图中键通电阻确定信号钳位高电键时键回路接通衔接单片机 IO口接变成低电单片机检测键接通高电变低电时候程序控制进行频率动切换4键功分调节波形类电路复位频率数值键2复位键电容两端电压突然快速变动电容电压会通10K电阻充电升VCC电压说单片机RESET引脚会段时间低电果低电需时间胜单片机复位需时间单片机电进程中便会复位次键3根程序代码控制进行波形类动切换键4键5控制波形信号频率数值增者减图35示
图35键设计图
36电位器模块
电位器模块设置输出波形幅值数
表36 电位器介绍
组成
作
结构特点
原料种类
通常电阻体转动滑动系统组成动触点电阻体移动获部分电压输出
调节电压电流
电位器电阻体两固定端通手动调节转轴滑柄改变动触点电阻体位置改变动触点固定端间电阻值改变电压电流
线绕合成碳膜金属玻璃釉机实芯导电塑料金属箔金属膜金属氧化膜等
次制作功信号发生器选合成碳膜材料电位器够准确分辨阻值变化灵敏度高价格实惠符合制作需作两引出端视作变化电阻器AD8066运算放器0V33V模拟电压转换成5V~+5V模拟电压输出时电位器中滑动系统中电刷电阻体移动改变电阻值者电压操模拟电压5V+5V间变动
37 PCB板设计
开始绘制PCB板时先解电路板挑选种材料制成电路板符合次设计电路图制成电路板电路仅迷化清晰电路板线路器件标号电路变简单化表示：
表37 电路板介绍
电路板
性
硬板
（PCB）
硬性线路板基电路板
软板
（FPC）
称柔性线路板柔性电路板聚酰亚胺聚酯薄膜基材制成种具高度性绝佳挠性印刷电路板具配线密度高重量轻厚度薄弯折性特点
软硬结合板
（FPCB）
柔性线路板硬性线路板压合等工序相关工艺求组合起形成具FPC特性PCB特性线路板
该功信号发生器pcb硬板两面嵌入元器件两层间线路孔线路导通两面进行网状铺铜保证线路流通信号发生器供电形式USB供电USB接口需板子边方便连接滤波电容晶振芯片线路越短越振荡产生避免时钟信号信号造成干扰焊电路板时候电容电阻体积太核心芯片珍贵准备少防止虚焊重芯片损坏需心谨慎焊接元器件前考虑清楚图36示
图36 pcb图
4功信号发生器软件设计
采STM32F103C8T6单片机模数转换器运算放器输出波形Keil C51环境中编写程序 STM32F103C8T6单片机通直接存存取器发送波形数产生低频波形信号传输模数转换器应键时程序做出相应处理通液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值增者减频率增者减调整
41 软件设计总流程图
软件设计流程图示
否调节电位器
默认正弦波输出
否键
配置
STM32F103C8T6系统
配置DAC
波形变换
频率调整
幅值调整
图41 软件设计流程图
42波形输出设计
STM32F103C8T6单片机控制产生波形信号通数组排列生成正弦波三角波锯齿波方波波形数传STM32F103C8T6单片机传输模数发生器 AD9708STM32F103C8T6单片机输出电低电传输模数发生器 AD9708低频波形信号
43显示程序设计
显示模块采液晶显示器4线串行模式实时显示前输出波形类型幅值频率通信接口采I2C接口部分代码：
void IIC_Init(void) 初始化I2CIO口
void IIC_Start(void) 发送I2C开始信号
void IIC_Stop(void) 发送I2C停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd) I2C发送字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack) I2C读取字节
u8 IIC_Wait_Ack(void) I2C等ACK信号
void IIC_Ack(void) I2C发送ACK信号
void IIC_NAck(void) I2C发送ACK信号
5结语
开始选择制作功信号发生器时STM32系列芯片型号种样千秋选择48引脚STM32F103C8T6芯片芯片全部引脚化芯片引脚实现需功电源模块供电方式USB供电接入+5V电压控模块采STM32F103C8T6单片机控制整系统软硬件操作键模块采独立键方式设置输出波形类型幅值频率等数控制输出信号频率数值增者减通 STM32F103C8T6单片机输出需波形数字信号AD9708数模转换器实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V输出电压低通滤波器处理通运算放器模拟波形信号转换成5V+5V模拟波形信号输出电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率软件设计Keil C51环境中编写程序 STM32F103C8T6单片机通直接存存取器发送波形数产生低频波形信号传输模数转换器应键时程序做出相应处理通液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值增者减频率增者减调整绘制电路图时电路结构熟悉知道制作需元器件模数转换器部分运算放器部分衔接参考网络成品电路设计图电路图完成时知道整电路否正确否通电电压否会烧坏芯片等等问题焊电路板时候电容电阻体积太核心芯片珍贵准备少防止虚焊重芯片损坏需心谨慎焊接元器件前考虑清楚程序代码调试需制作出实物解答步思考中需接触更知识完善理知识更制作出成品基STM32F103C8T6单片机功信号发生器51单片机相较前者提升波形频率运算量数提高准确性信息处理更加时该功信号发生器应范围更加
参考文献
[1]君玉功信号发生器优化设计仿真[J]电脑信息技术201927(03)49
[2]王珊王利王国帅杨敏马振兴功函数信号发生器设计[J]动化仪表201738(11)99102
[3]林锋梁龙学索云天基DDS功高精密信号发生器设计[J]电子科技201326(09)127130
[4]史蕊刘威鹏基AD9834功函数信号发生器设计[J]电脑知识技术20139(33)76067608
[5]樊鹏徐基单片机功信号发生器设计实现[J]电子技术软件工程2013(15)192
[6]徐振宇孙玉梅吴晓朋功信号发生器设计[J]科技信息2011(36)523524
[7]李璐李腾飞李飞飞种功正弦信号发生器设计[J]微型机应201130(19)2830
[8]毕磊路泽永赵亚丽单片机控制功信号发生器设计[J]承德石油高等专科学校学报2008(02)2529
[9]张庆 基单片机DDS功正弦信号发生器设计[A] 中国仪器仪表学会仪器仪表学报杂志社国外电子测量技术杂志社电子测量技术杂志社2008中国仪器仪表测控技术进展会文集（Ⅲ）[C]中国仪器仪表学会仪器仪表学报杂志社国外电子测量技术杂志社电子测量技术杂志社仪器仪表学报杂志社20084
[10]周鹏基AD9851功信号发生器设计[J]电子元器件应200911(09)810+14
[11]颖林智慧张星阳基单片机控制智遥控窗帘设 计实现[J]微型电脑应201834(11)4547
致谢
年受疫情影响学生没办法回学校完成毕业设计没办法老师学进行面面沟通时方面素导致毕业设计进展缓慢绘制电路图学种元器件性网查找元器件封装绘制PCB板制成成品板焊接元器件调试软件代码等步骤会绊住脚步熟悉电路结构知道应该选择种封装pcb板绘制出现错误会修改焊接位软件编程熟悉等等毕业季里然毕业生面种困难情况绊住脚步扰乱计划感谢指导老师线指导时刻关注着毕业设计进度时发送通知提醒动积极老师前辈请教指导捋步伐计划进行毕业设计难进行时候感谢指导老师提供思路找相关参考资料利完成科毕业设计
时光弹指流毕业真诚感谢予私帮助计算机系全体老师课堂传授知识文述奠定理基础提供许学交流台学更加方便夕处学陪伴起度四年青春洋溢学时光学相处点滴会成美珍贵回忆感谢父母家关爱深深感受生活美谢谢直予理解鼓励支持断取进步永恒动力
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科毕业设计（文）
功信号发生器设计实现
Design and implementation of multifunctional signal generator
院
（系）
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专
业
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班
级
四班
学
号
16210420419
学生姓名
钟韵琪
指导教师
谭德立
提交日期
毕业设计（文）原创性声明
郑重声明：呈交毕业设计（文）指导老师指导独立进行设计（研究）工作取成果文中引文献数图件资料均已明确标注出文中结结果独立完成包含已发表撰写作品成果文研究作出贡献集体均已文中作明确说明完全意识声明法律结果承担
毕业文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日
摘
文制作STM32芯片核心功信号发生器选择STM32系列单片机作功信号发生器控模块控制整系统软硬件操作实现正弦波方波三角波等波形合成信号发生器STM32作设计控制核心产生波形数发送数字信号数模转换器数模转换器数字信号变成模拟信号然传输运算放器运算放器输出波形外部接入键电位器通键调换实现改变程序代码实现波形类型波形频率灵活变化通电位器控制实现幅值调节采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率信息文详细讲解制作功信号发生器操作原理部分软件设计流程纲
关键词：功信号发生器 数模转换器 STM32单片机
Abstract
In this paper a multifunctional signal generator based on STM32 is designed STM32 series singlechip microcomputer is selected as the main control module of multifunction signal generator to control the software and hardware operation of the whole system and realize the synthesis of sine wave square wave triangle wave and other waveforms The signal generator takes STM32 as the main control core of this design generates waveform data sends digital signal to DAC DAC turns digital signal into analog signal then transmits it to op amp finally op amp outputs waveform External access keys and potentiometers through the exchange of keys to change the program code to achieve the flexible change of waveform type and frequency through the control of potentiometers to achieve the adjustment of amplitude The LCD is used to display the type amplitude and frequency of the current output waveform in real time In this paper the operation principle of making multifunctional signal generator and the flow outline of some software design are explained in detail
Key words multifunctional signal generator Digital to analog converter
STM32 single chip microcomputer
目 录
1引言 1
11研究意义目 1
12国外研究现状 2
2功信号发生器总体介绍 4
21总体方案 4
22系统功 4
23系统设计 5
231设计结构 5
232组成结构 5
3功信号发生器硬件设计 6
31 系统芯片介绍 6
311 STM32F103C8T6芯片 6
312 AD9708数模转换器 7
32电源模块 8
33单片机系统 9
34 显示模块 11
35键模块 11
36电位器模块 12
37 PCB板设计 13
4功信号发生器软件设计 14
41 软件设计总流程图 14
42波形输出设计 15
43显示程序设计 15
5结语 16
参考文献 17
致谢 18
1引言
信号发生器生产实践高等学校教育科技等领域中涉学校实验室会配备回路校准器检测电压电流医院超声诊断设备检查身体健康工厂高频感应加热器金属材料进行锻焊接日常电视机收音机等电子设备需音频视频信号运载出等等信号发生器生活息息相关设计信号发生器工作部件种电子设备组成单片机信号发生器中重核心部件低频波形信号单片机程序控制办法产生样单片机线路结构相简洁投入成低传输信号稳定易受信号扰乱等益处重基单片机设计够器件更加易调试轻巧便携符合未发展趋势现类科技研究突破性进展半导体集成电路快速发展动化控制技术运越越娴熟通提高单片机控制功信号发生器应力制作具真正实性成低廉信号发生器
11研究意义目
早前然电子设备技术发展十分缓慢名信号发生器设备已广泛应20世纪40年代着通信技术雷达技术发展普类型接收机设备进行检测通检测接收机否正常接收相应数然信号发生器早已问世功完善功率损害等问题常会出现波形稳定情况长时间易受信号扰乱等问题发展速率迟缓直1964年研究出第台全晶体信号发生器信号发生器逻辑推理测试仪器成定量分析测量仪器
科学家认真学国外先进科学技术国外进修交流学取长补短断完善提升身科学技术推动国家科技高速发展相应电子测试仪器检测技术较前更加严谨工业生产制造器材科学研究设备高等教育教学方面信号发生器电子工程师进行信号仿真试验器材效提升试验准确率信号发生器成缺电子测试仪器
信号发生器发展初期采模拟电子技术微处理器技术普数字技术迅速发展开始利单片机进行信号发生器设计开始采数字电路代机械驱动微处理器出现带动信号发生器倾智化动化发展相应电子测试仪器检测技术较前更加严谨工业生产制造器材科学研究设备高等教育教学方面信号发生器设计求需考量部分越越高需时俱进发展
12国外研究现状
60年代着单片机技术崛起信号发生器发展越越实信号发生器设计求需考量部分越越高电子工程师研究出种类型信号发生器根需求挑选合适类型信号发生器
表12（1）信号发生器类
类
功
低频信号发生器
包括音频（200～20000赫）视频（1赫～
10兆赫）范围正弦波发生器便测试
系统频率特性求输出幅频特性波
形失真
高频信号发生器
频率 100千赫～30兆赫高频30兆赫～
300兆赫甚高频信号途测量种
接收机技术指标
微波信号发生器
分米波直毫米波波段信号信号通常带分布参数谐振腔超高频三极反射速调产生逐渐微波晶体场效应耿氏二极等固体器件取代趋势便测试雷达
等接收机
信号发生器技术发展现海外仪器公司日横河安捷伦美国泰克等站高新技术前端公司产品电子研发提供帮助引领着断进步表示
表12 （2）海外公司产品介绍
公司产品
功
美国福禄克
PM 5400系列电视信号发生器
提供电视录机监视器测试需全部信号
支持PALNTSCSECAM模拟视频标准电视录机视频监控器测试情形前提
出高波形数测试校准数
美国泰克
AWG5200 意波形发生器
灵活精确测试创建验证检测雷达组件获雷达设计真实实时信号采8独立
步通道生成复杂射频环境充分利长信号
播放功时减少设计构建设置时间压力
成产生具低噪声控制源实现业界
清晰信号
日横河
FG220函数信号发生器
产生1μHz15MHz正弦波方波产生
1μHz200KHz意波形两独立通道
道扫描功调制功通液晶显示
触摸屏幕直接进行操操作
国信号发生器发展速率迟缓国家科研技术水断提高够紧国际科研技术脚步成熟微处理器技术嵌入式技术带动信号发生器倾智化动化发展够应微处理器技术嵌入式技术制造出趋国际水准高求稳定功信号发生器应电子测试仪器检测手段较前更加高求工业生产制造器材科学研究设备高等教育教学方面需时俱进发展
表12（3）国公司产品介绍
公司产品
功
苏州光仪器限公司
DT402L电子纬仪
超屏幕液晶显示读数方便操作更
易手广泛应铁路公路
桥梁水利矿山等方面工程测量
建筑型设备安装应
籍测量形测量种工程测量
南京盛普仪器科技限公司
SPF120DDS信号发生器
台带微处理器数字合成信号发生器时具 100MHz 等精度频率计数器功
采现代直接数字合成技术设计制造般传统信号源相具高精度
功高性
成沃特塞恩电子技术限公司
WSPS433MHz200W固态微波源
采全固态微波功率器件输出功率200W实现功率意调节PLL锁相技术频
率度高拥完善保护电路全方位检
测控制模块状态专业应433MHz
医领域固态微波设备
2功信号发生器总体介绍
21总体方案
次制作功信号发生器采STM32F103C8T6单片机控模块控制着整系统软硬件操作该功信号发生器正弦波方波三角波等波形数STM32F103C8T6芯片产生低频信号键模块采独立键方式设置输出波形类型频率数控制波形信号频率数值增者减电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V~+5V间变动信号发生器供电方式USB供电STM32F103C8T6芯片作控制芯片输出需波形数字信号AD9708芯片实现数模转换输出0V~33V模拟电压输出电压低通滤波器处理AD8066芯片转换成5V~+5V模拟电压输出显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
22系统功
表22功信号发生器设计功
功介绍
功1
波形STM32F103C8T6单片机产生
功2
控模块采STM32F103C8T6单片机控制整系统软硬件操作
功3
键模块采独立键方式设置输出波形类型频率数
功4
显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
功5
该信号发生器控制输出信号频率数值增者减
功6
该信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动
23系统设计
基STM32F103C8T6单片机制作功信号发生器核心部分分合成正弦波方波三角波等波形数字信号合成正弦波方波三角波等波形类型频率幅值整合成数信息展示部分正弦波方波三角波等波形合成程序代码进行操合成数纳处理信息显示部分输出单片机处理波形类型频率幅值数实时显示液晶显示屏图23示
STM32F103C8T6
系统
显示
程序控制接口
电源
意波形合成
图23系统框架
231设计结构
该功信号发生器设计采STM32F103C8T6单片机系统作重核心部分进行正弦波方波三角波等波形合成采数模转换器运算放器实现正弦波方波三角波等波形输出电源模块采USB供电方式键模块采独立键方式设置输出波形类型频率实数控制波形信号频率数值增者减电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
232组成结构
AD8066
（运算放器）
AD9708
（数模转换器）
STM32F103C8T6
单片机
低通滤波器
显示屏
电位器
键控制
图232系统组成结构
3功信号发生器硬件设计
该功信号发生器硬件电路分成电源模块控模块键模块电位器模块数模转换器模块显示模块6模块电源模块供电方式USB供电接入+5V电压控模块采STM32F103C8T6单片机键模块采独立键方式设置输出波形类型幅值频率等数控制频率数值增者减通 STM32F103C8T6单片机输出需波形数字信号AD9708数模转换器实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V输出电压低通滤波器处理通运算放器模拟波形信号转换成模拟波形信号输出时模拟电压值5V~+5V电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V~+5V间变动显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率
31 系统芯片介绍
311 STM32F103C8T6芯片
研发员通产品闪存容量RMA容量通信接口性引脚数目挑选适系列
表311（1） STM32类
性系列
基型系列
增强型系列
外设
STM32F101xx
STM32F103
闪存（K字节）
32~128
64~128
RMA（K字节）
6~16
20
定时器
通
通
高级控制
通信接口
SPI
SPI
I2C
I2C
USART
USB
USART
CNA
STM32F103C8T6STM32系列款增强型32位微控制器结合高性RISC核次制作控芯片控制着整系统软硬件操作功控芯片实现
表311（2）STM32F103C8T6性
芯片
STM32F103C8T6
引脚数目
48
闪存
64KB
RMA
20K
定时器
7
模数转换器
212位
通道DMA控制器
7
IO端口
80
通信接口
19
工作电压
20V~36V
工作温度
40°C ~ 85°C
工作频率
高达72MHz
图311 引脚分布图
312 AD9708数模转换器
数模转换器简称DAC种数字信号波形转换成模拟信号波形输出器件次制作通STM32F103C8T6单片机输出波形数字信号AD9708数模转换器数字量变换成相应模拟量实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V通运算放器输出5V+5V波形信号
表312 AD9708性
AD9708
组成
基权电阻网络运算放器基准电源模拟开关四部分组成
工作电压
27 V~55 V满足接收数字信号电压值
工作温度
额定温度范围工业温度范围
电流输出
标称满量程输出电流20 mA输出阻抗100 kΩ
低功耗特性
通降低满量程电流输出功耗进步降45 mW性会明显降外省电模式机功耗降约20 mW
32电源模块
电源提供电装置设计供电方式USB供电输入+5V电压衔接 USB 总线转接芯片CH340实现 USB 转串口CH340 芯片置 USB 拉电阻电源电复位电路UD+ UD引脚直接 USB 总线相连XIXD引脚分连接震荡电容引脚间12MHz晶体相连芯片正常运作PB14引脚PB15引脚连接单片机进行接收数发送数图32示
图32 电源设计图
33单片机系统
单片机系统称应系统芯片外部接电源晶振电路复位电路构成基应系统数手册清楚解STM32F103C8T6芯片颗单片机供电范围2V36V果输入电压范围说+5V时候直接单片机供电话芯片容易损坏需+5V电源电压转换成单片机输入电压范围稳压IC+5V电压输出33V样单片机供33V电源图33（1）示
图33（1）稳压线路
单片机晶振电路相类心脏晶振作心脏单片机提供心跳心跳60Hz100Hz左右单片机心跳频率高根需做出相应改变（超单片机高时钟频率）现市情单片机基带晶振外部晶振相较单片机带晶振产生偏差会点般3左右范围单片机带晶振满足数产品需求增添外部晶振般降低系统时钟产生偏差者单片机获更加高频单片机两引脚外部晶振输入口图33（2）示晶振两头接两IO口单片机PC14PC15引脚相接时竞争两头接电容两电容取值10~30P间两电容功滤掉晶振部分高频信号晶振工作时候更加稳定易信号扰
图33（2）复位电路
电脑重新启动原理单片机复位电路原理样电脑运行程中出现死机者卡死机位置重新启动钮样电脑重新启动电脑里面代码重新开始执行单片机样单片机系统正运转受周围情况扰乱出现程序代码跑飞时候复位钮单片机里面程序代码会动头开始进行复位电路电容串联电阻构成根串联电路总电压部分电路两端电压性质单片机开始电时电容两端电压突然快速变动电容电压会通10K电阻充电升VCC电压说单片机RESET引脚会段时间低电果低电需时间胜单片机复位需时间单片机电进程中便会复位次图33（3）示
图33（3）复位电路
34 显示模块
显示模块采096寸液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率显示屏供电范围直流0V~33V显示屏工作温度范围30°C ~ 70°C脚包含CL时钟信号线SDA双数信号线VCC电源正GND电源负分单片机系统引脚相接通 STM32F103C8T6单片机输出需波形数字信号波形数字信号AD9708数模转换器变换成相应波形模拟信号该液晶显示屏展示相应波形类单片机传输数字波形信号AD9708数模转换器实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V输出电压低通滤波器处理通运算放器模拟波形信号转换成模拟波形信号输出时模拟电压值5V~+5V然电位器设定信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动显示屏展示幅值数值单片机键4键5控制波形信号频率数值增者减 显示屏展示频率数值
图34 显示屏实物图
35键模块
键模块采独立键方式设置输出波形类型频率数图中键通电阻确定信号钳位高电键时键回路接通衔接单片机 IO口接变成低电单片机检测键接通高电变低电时候程序控制进行频率动切换4键功分调节波形类电路复位频率数值键2复位键电容两端电压突然快速变动电容电压会通10K电阻充电升VCC电压说单片机RESET引脚会段时间低电果低电需时间胜单片机复位需时间单片机电进程中便会复位次键3根程序代码控制进行波形类动切换键4键5控制波形信号频率数值增者减图35示
图35键设计图
36电位器模块
电位器模块设置输出波形幅值数
表36 电位器介绍
组成
作
结构特点
原料种类
通常电阻体转动滑动系统组成动触点电阻体移动获部分电压输出
调节电压电流
电位器电阻体两固定端通手动调节转轴滑柄改变动触点电阻体位置改变动触点固定端间电阻值改变电压电流
线绕合成碳膜金属玻璃釉机实芯导电塑料金属箔金属膜金属氧化膜等
次制作功信号发生器选合成碳膜材料电位器够准确分辨阻值变化灵敏度高价格实惠符合制作需作两引出端视作变化电阻器AD8066运算放器0V33V模拟电压转换成5V~+5V模拟电压输出时电位器中滑动系统中电刷电阻体移动改变电阻值者电压操模拟电压5V+5V间变动
37 PCB板设计
开始绘制PCB板时先解电路板挑选种材料制成电路板符合次设计电路图制成电路板电路仅迷化清晰电路板线路器件标号电路变简单化表示：
表37 电路板介绍
电路板
性
硬板
（PCB）
硬性线路板基电路板
软板
（FPC）
称柔性线路板柔性电路板聚酰亚胺聚酯薄膜基材制成种具高度性绝佳挠性印刷电路板具配线密度高重量轻厚度薄弯折性特点
软硬结合板
（FPCB）
柔性线路板硬性线路板压合等工序相关工艺求组合起形成具FPC特性PCB特性线路板
该功信号发生器pcb硬板两面嵌入元器件两层间线路孔线路导通两面进行网状铺铜保证线路流通信号发生器供电形式USB供电USB接口需板子边方便连接滤波电容晶振芯片线路越短越振荡产生避免时钟信号信号造成干扰焊电路板时候电容电阻体积太核心芯片珍贵准备少防止虚焊重芯片损坏需心谨慎焊接元器件前考虑清楚图36示
图36 pcb图
4功信号发生器软件设计
采STM32F103C8T6单片机模数转换器运算放器输出波形Keil C51环境中编写程序 STM32F103C8T6单片机通直接存存取器发送波形数产生低频波形信号传输模数转换器应键时程序做出相应处理通液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值增者减频率增者减调整
41 软件设计总流程图
软件设计流程图示
否调节电位器
默认正弦波输出
否键
配置
STM32F103C8T6系统
配置DAC
波形变换
频率调整
幅值调整
图41 软件设计流程图
42波形输出设计
STM32F103C8T6单片机控制产生波形信号通数组排列生成正弦波三角波锯齿波方波波形数传STM32F103C8T6单片机传输模数发生器 AD9708STM32F103C8T6单片机输出电低电传输模数发生器 AD9708低频波形信号
43显示程序设计
显示模块采液晶显示器4线串行模式实时显示前输出波形类型幅值频率通信接口采I2C接口部分代码：
void IIC_Init(void) 初始化I2CIO口
void IIC_Start(void) 发送I2C开始信号
void IIC_Stop(void) 发送I2C停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd) I2C发送字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack) I2C读取字节
u8 IIC_Wait_Ack(void) I2C等ACK信号
void IIC_Ack(void) I2C发送ACK信号
void IIC_NAck(void) I2C发送ACK信号
5结语
开始选择制作功信号发生器时STM32系列芯片型号种样千秋选择48引脚STM32F103C8T6芯片芯片全部引脚化芯片引脚实现需功电源模块供电方式USB供电接入+5V电压控模块采STM32F103C8T6单片机控制整系统软硬件操作键模块采独立键方式设置输出波形类型幅值频率等数控制输出信号频率数值增者减通 STM32F103C8T6单片机输出需波形数字信号AD9708数模转换器实现数字波形信号转换成模拟波形信号输出输出电压值0V~33V输出电压低通滤波器处理通运算放器模拟波形信号转换成5V+5V模拟波形信号输出电位器模块设定信号发生器输出信号幅值5V+5V间变动显示模块采液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值频率软件设计Keil C51环境中编写程序 STM32F103C8T6单片机通直接存存取器发送波形数产生低频波形信号传输模数转换器应键时程序做出相应处理通液晶显示器实时显示前输出波形类型幅值增者减频率增者减调整绘制电路图时电路结构熟悉知道制作需元器件模数转换器部分运算放器部分衔接参考网络成品电路设计图电路图完成时知道整电路否正确否通电电压否会烧坏芯片等等问题焊电路板时候电容电阻体积太核心芯片珍贵准备少防止虚焊重芯片损坏需心谨慎焊接元器件前考虑清楚程序代码调试需制作出实物解答步思考中需接触更知识完善理知识更制作出成品基STM32F103C8T6单片机功信号发生器51单片机相较前者提升波形频率运算量数提高准确性信息处理更加时该功信号发生器应范围更加
参考文献
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致谢
年受疫情影响学生没办法回学校完成毕业设计没办法老师学进行面面沟通时方面素导致毕业设计进展缓慢绘制电路图学种元器件性网查找元器件封装绘制PCB板制成成品板焊接元器件调试软件代码等步骤会绊住脚步熟悉电路结构知道应该选择种封装pcb板绘制出现错误会修改焊接位软件编程熟悉等等毕业季里然毕业生面种困难情况绊住脚步扰乱计划感谢指导老师线指导时刻关注着毕业设计进度时发送通知提醒动积极老师前辈请教指导捋步伐计划进行毕业设计难进行时候感谢指导老师提供思路找相关参考资料利完成科毕业设计
时光弹指流毕业真诚感谢予私帮助计算机系全体老师课堂传授知识文述奠定理基础提供许学交流台学更加方便夕处学陪伴起度四年青春洋溢学时光学相处点滴会成美珍贵回忆感谢父母家关爱深深感受生活美谢谢直予理解鼓励支持断取进步永恒动力
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