STM32驱动的模数结合波形发生器设计

"这篇文档是关于第33届电子设计大赛的一个参赛作品——基于STM32的模数结合简易波形发生器的设计报告。报告详细介绍了四种不同的信号发生器设计方案，包括模数结合、全模拟电路、数字电路(DDS)以及数字与模拟电路结合的方法，并最终选择了数字电路与模拟电路结合的方案四。报告还涵盖了系统各模块的理论分析与计算，特别是方波产生电路的理论和计算公式。" STM32是意法半导体公司生产的一种基于ARM Cortex-M内核的微控制器，广泛应用在嵌入式系统设计中。在这个项目中，STM32被用来产生频率可调的方波信号。方波产生电路通常使用经典的NE555定时器芯片，它能产生稳定的方波输出。NE555可以通过调整外部电阻和电容的值来改变输出频率和占空比。 在方案一中，计划使用数字电位器和数字电容来改变NE555的参数，但因为数字电位器的阻值变化范围和数字电容的容值变化范围无法满足设计需求，这个方案被放弃。 方案二全依赖模拟电路，使用正弦波发生器产生正弦波，通过过零比较器转换为方波，再通过积分电路得到三角波。然而，积分电路的积分时间常数与方波频率的关联导致三角波幅度会随频率变化，使得实现难度增大。 方案三采用了数字直接合成(DDS)技术，这是一种通过数字方式生成任意波形的方法。DDS的核心是将所需波形预先存储在ROM中，通过时钟控制读取数据点并由D/A转换器恢复连续信号。这种方式可以提供高精度的波形，但其性能取决于存储点数、D/A转换速度和时序控制。 最后，方案四结合了数字和模拟电路的优点，利用STM32生成频率可调的方波，然后通过外部硬件电路（如积分器）来变换波形，调整信号幅度则通过调节运放的反馈电阻实现。这种方式既发挥了STM32的数字处理能力，又利用了模拟电路的灵活性，成为了最终实施的方案。 在方波产生电路的计算中，充电时间和放电时间由电阻R1和R2以及电容C2决定，脉冲的占空比q与R1和R2的比率直接相关。当R1与R2相等时，方波的占空比为50%，意味着高电平和低电平的时间相等。 这个设计项目展示了如何将STM32的数字处理能力与模拟电路的信号整形功能结合，以创建一个灵活且精确的信号发生器。通过选择合适的电路方案和理论计算，参赛者成功地实现了功能丰富的波形生成系统。