田 吉，張 坤，李 成

(黃山學院 信息工程學院，安徽 黃山 245041)

0 引言

目前市場上的信號發(fā)生器的實現(xiàn)主要通過3種方法。第一種通過運算IC 和分立元件組成，這種方法能夠產(chǎn)生的波形種類少，頻率低，精度不高，頻率調(diào)節(jié)只能通過調(diào)節(jié)硬件來完成，不夠靈活；第二種是通過專用數(shù)字合成DDS 芯片產(chǎn)生信號[3]，雖然能產(chǎn)生高頻率平滑的波形，但是成本高；第三種是用單片機結合D/A 轉換來實現(xiàn)，這種方法既能得到較高頻率的波形，調(diào)節(jié)靈活，而且成本較低。該設計采用STM32結合內(nèi)部所包含的12位DAC即可產(chǎn)生方波、正弦波和鋸齒波，實現(xiàn)了簡易函數(shù)信號發(fā)生器的設計，且精度較高，能夠用于多種場合。

1 系統(tǒng)總體設計

本文設計的發(fā)生器系統(tǒng)結構框圖如圖1 所示。系統(tǒng)主要由按鍵輸入模塊，主控STM32F103ZET6及其子電路模塊組成。通過按鍵輸入來選擇輸出的波形的種類及參數(shù)，主控STM32F103ZET6 的內(nèi)部DAC輸出相應波形。

圖1 系統(tǒng)結構圖

2 硬件設計

2.1 STM32F103ZET6主控

STM32F103ZET6 是一種嵌入式-微控制器的集成電路，內(nèi)核為ARM32 位的Cortex-M3 內(nèi)核系CPU,系統(tǒng)時鐘頻率最高可達72MHz，具有256KB的FLASH，48K 的RAM，2 個DMA 控制器（12 通道），112 個快速I/O 端口，11 個定時器，13 個通信端口和3 個12 位模數(shù)轉換器[1]。下面就本設計中用到的DMA、串口及DAC模塊進行進一步的討論。

DMA中斷，用來提供外設和存儲器之間或者存儲器之間的高速傳輸，減少對CPU 的打擾。該芯片有兩個DMA控制器，DMA1有7個通道，DMA2有5個通道。本系統(tǒng)外設從DMA 控制器得到應答信號后，即釋放請求，DMA控制器也會撤銷應答信號，直到啟動下一個周期。設計中使用的是DMA1的通道4。

設計將DAC 配置為12 位模式，并與DMA 控制器配合使用。DAC 模塊有2 個輸出通道，每個通道都有單獨的轉換器[2]。這里使用通道1，各DAC 通道引腳的模擬輸出電壓為：

其中，VREF為輸入?yún)⒖茧妷海珼OR 為DAC 輸出數(shù)據(jù)寄存器。

設計中用到了STM32F103ZET6 的串口，主要是用于將信息發(fā)送到PC機上。

2.2 按鍵部分

如圖2 所示，采用獨立按鍵實現(xiàn)輸出波形選擇及頻率調(diào)節(jié)功能。

圖2 鍵盤設計圖

3 軟件設計

3.1 方波的產(chǎn)生

因使用DAC產(chǎn)生的波形受DAC 轉換速率的影響，所以這里方波使用PWM 來產(chǎn)生。PWM 即脈沖寬度調(diào)制，原理如圖3所示。

圖3 方波發(fā)生原理圖

3.2 正弦波的產(chǎn)生

使用DAC 輸出，首先將信號的離散值保存到STM32的存儲器中，然后利用STM32的DMA功能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻AC的存儲器中，經(jīng)過數(shù)模轉換后輸出。正弦信號的離散值存戶在sin_buf[ ]中，其值為：

式中Um為Vref/2,SIZE為所取的點數(shù)，點數(shù)越少，頻率越高，但是為了保證圖形的精確度，這里取100，i指第幾個點，取值范圍為0～99。

3.3 鋸齒波的產(chǎn)生

原理同正弦波，將信號的離散值保存到存儲器中，利用DAM將數(shù)據(jù)保存到DAC的存儲器中，最后通過模數(shù)轉換后進行輸出。鋸齒波的離散信號值存放在saw_buf[ ]中，其值為：

i為取第幾個點，取值范圍為0～99。

4 實驗結果

圖4 為信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波波形的實驗結果，由實驗結果可以看到，輸出的波形很平滑而且誤差較小。

圖4 實驗測試圖

5 結束語

實現(xiàn)了一種系統(tǒng)設計將STM32的DMA與DAC模塊相結合，輸出多種波形，并且得到的波形平滑，失真率低，易于控制，可以廣泛用于各種場合。