基于STM32波形信号发生器proteus仿真设计(仿真+程序+报告+讲解）
仿真图proteus 8.9
程序编译器：keil 5
编程语言：C语言
设计编号：C0075
讲解仿真视频：
基于STM32的波形信号发生器proteus仿真设计
主要功能：
结合实际情况，基于STM32F103单片机设计一个四种波形发生器（正弦波、方波、三角波、锯齿波）。该系统应满足的功能要求为：
(1) 可以实现四种波形：正弦波、方波、三角波、锯齿波；
(2) 通过按键进行选择，频率可以调整；
(3) LCD液晶显示；
(4)设计出来之后用Proteus软件仿真出效果；
主要硬件设备：STM32F103单片机、DAC0832数模转换芯片、矩阵键盘、LCD12864液晶屏幕。
资料下载链接（可点击）：
【腾讯文档】C0075 下载链接
以下为本设计资料展示图：
整体设计方案
四种波形发生器以STM32F103单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的处理速度，构成波形发生器系统。该系统具备将数字信号转换为模拟信号的能力。正弦波可以直接采用数学函数sin计算出来，送入单片机进行数据处理。经单片机运算后的数据送入DAC0832芯片将数字信号转换为模拟信号输出。其他的波形都可以采用自身的规律采用不同的算法实现。
图2-1 基于STM32单片机的四种波形发生器原理图
本系统硬件主要由矩阵键盘、D/A转换器、LCD12864显示系统、处理器等几部分组成。各模块的主要功能如下：
(1)矩阵键盘的功能是设置波形和频率，然后送入单片机。
(2) MCU的功能是识别键盘的数据并进行相对应的处理，然后转换出波形的数字信号和LCD显示的数据。
(3) LCD12864显示系统的功能是将设置的波形和频率显示出来。
系统的整体设计方案设计图如图2-2所示。
图2-2 系统的整体方案设计图
采用的是DAC0832芯片来做DA转换的，DAC0832将输出电压分成了0xFF(255)份，需要输出不同的波形我们需要给不同的数据，在这里我将所有的波形的一个周期分成了100份，定时器每隔一段时间中断一次，中断100次为一个周期。
正弦波采用数学计算公式sin来计算；
方波只需要在定时器前面50次给0，后面50次给最大值即可；
三角波只需要在定时器前面50次采用最大值的50分之一乘于它本身，后面50次相反即可；
锯齿波只需要在一个周期内，定时器中断一次就用他本身乘于电压最大值的100分之一即可；
测试波形如下所示：
三角波
锯齿波
方波
正弦波
程序：
main函数
#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
}
/* Private functions ---------------------------------------------------------*/
/*******************************************************************************
*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;
}
}
}
波形信号部分
/*************** 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;
}
按键识别
/************************************
按键表盘为： 1 2 3 A
4 5 6 B
7 8 9 C
* 0 # D
************************************/
u8 ee,Data0=0;
void Key_Test(void)
{
int num;
char Freq[3]={'\0'};
num = Key_Scan();
if(ee!=num)
switch(num)
{
case 0: LCD_P6x8Str(1,1,"0"); break;
case 1: LCD_P6x8Str(1,1,"1"); break;
case 2: LCD_P6x8Str(1,1,"2"); break;
case 3: LCD_P6x8Str(1,1,"3"); break;
case 4: LCD_P6x8Str(1,1,"4"); break;
case 5: LCD_P6x8Str(1,1,"5"); break;
case 6: LCD_P6x8Str(1,1,"6"); break;
case 7: LCD_P6x8Str(1,1,"7"); break;
case 8: LCD_P6x8Str(1,1,"8"); break;
case 9: LCD_P6x8Str(1,1,"9"); break;//
case 'A': LCD_P6x8Str(1,1,"A"); mode=0;LCD_P6x8Str(3,16," Sine Wave "); break;
case 'B': LCD_P6x8Str(1,1,"B"); mode=1;LCD_P6x8Str(3,16," Square wave "); break;
case 'C': LCD_P6x8Str(1,1,"C"); mode=2;LCD_P6x8Str(3,16,"Ttiangular wave"); break;
case 'D': LCD_P6x8Str(1,1,"D"); mode=3;LCD_P6x8Str(3,16," Sawtooth Wave "); break;
case '#': LCD_P6x8Str(1,1,"#"); if(Data0>=5)Data0-=5; Freq[0]=(20-Data0/5)/10+'0';Freq[1]=(20-Data0/5)%10+'0'; LCD_P6x8Str(7,6*13,Freq); break;
case '*': LCD_P6x8Str(1,1,"*"); if(Data0<50)Data0+=5; Freq[0]=(20-Data0/5)/10+'0';Freq[1]=(20-Data0/5)%10+'0'; LCD_P6x8Str(7,6*13,Freq); break;
}
ee=num;
}
资料清单：
下载链接见文章最开头
