基于STM32波形信号发生器proteus仿真设计(仿真+程序+报告+讲解）

news2024/12/28 5:13:41

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。

img

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。

img

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

img

锯齿波

img

方波

img

正弦波

img

程序：

img

img

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：

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