摘要:
本研究以STM32F103VCT6单片机为核心,构建了一个可产生两路可调幅度、频率、占空比及相位差的矩形波或正弦波的双相信号发生器。系统由STM32系统(包括TFT显示屏和键盘输入模块)以及外部调理电路组成。其高精度性能使其能够适应普通电子测量场合的应用。
引言:
随着电子技术的不断进步,信号发生器经历了从机械结构到数字电子技术的演变。早期的信号发生器由于机械结构复杂、电路简单,发展速度较慢。随着模拟电子技术的发展,信号发生器的性能得到一定提升,但仍然存在一些问题,如输出波形的幅度稳定性差、电路结构复杂等。随着数字电子技术的成熟,信号发生器的性能得到了进一步的提升。针对现有信号发生器的情况,设计了一款性价比高的简易数字控制双相信号发生器,可广泛应用于高校电子实验室。
系统实现及结构框图:
本系统主要包括主控制模块、键盘输入模块、TFT显示模块、低通滤波模块以及程控放大模块。用户通过键盘设定参数后,主控制器产生两路PWM波,经过选择和控制,产生所需的波形,并通过调整数字电位器控制波形幅度。控制核心采用STM32单片机。波形产生方案利用STM32定时器的输出比较功能,生成频率准确、范围大的矩形波,其占空比可调。再经过低通滤波器,得到相应的正弦波。此方案充分发挥了STM32的定时器资源,可轻松产生两路信号。
软硬件设计细节:
1. 低通滤波器硬件电路设计:采用MAX295作为8阶椭圆低通滤波器,其最高截止频率为50 kHz。通过调整截止频率来实现对正弦波频率的控制。
2. CDCE925时钟模块设计:为MAX295提供2.5 MHz时钟,由CDCE925模块产生。
3. 放大器电路设计:包括射极跟随器、程控放大器和末级放大。射极跟随器作为缓冲器或阻抗变换器,程控放大器通过VCA810和PGA205实现两级程控放大,末级放大采用THS4051。
系统控制算法软件实现:
在程序设计中,STM32的一大重要作用是生成两路PWM波。结合STM32的特点,采用其定时器的输出比较功能来生成这两路PWM波。考虑到需要设置两路PWM波的相位差,因此选用两个不同的定时器(TIM2和TIM3)来产生这两路PWM输出。
实验结果及分析:
系统采用分模块测试和整体测试方法,对波形的幅度、频率、占空比以及相位差等项目进行逐一测量。测试结果证明系统实现了预期功能,误差控制在1%以内,满足高校实验室的一般实验要求。
结论:
本研究设计了一种简易的数字控制双相信号发生器,具有结构简单、性价比高的优点。系统还有很大的提升空间,如选用更高性能的低通滤波芯片,增加其他整形电路以产生三角波等。
参考文献:
[此处列出相关参考文献]