基于單片機的波形發(fā)生器設(shè)計

基于單片機的波形發(fā)生器設(shè)計一、設(shè)計要求設(shè)計一個基于單片機的波形發(fā)生器，其需滿足以下要求：1.實現(xiàn)正弦波、方波、三角波、鋸齒波等多種基本波形的生成；2.輸入外界控制信號可以實現(xiàn)波形的調(diào)整和變形；3.輸出電壓范圍可調(diào)，可以達到正負15V；4.頻率范圍為1Hz-1MHz，頻率穩(wěn)定度±0.1%。二、設(shè)計原理單片機波形發(fā)生器是將單片機所產(chǎn)生的數(shù)字信號通過DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換成模擬信號，從而產(chǎn)生各種形狀的波形。1.正弦波的生成正弦波是一種標準的周期波，由單頻率的正弦曲線組成。正弦波的產(chǎn)生主要是通過數(shù)字正弦函數(shù)進行計算得到。2.方波的生成方波是一種由高電平和低電平構(gòu)成的信號。在單片機中，可以通過計數(shù)器、比較器、鋸齒波信號等進行產(chǎn)生。3.三角波的生成三角波是一種以相同的頻率從零電平開始，線性上升到最高電平再線性下降到零電平的波形。其產(chǎn)生主要是通過數(shù)字三角函數(shù)進行計算得到。4.鋸齒波的生成鋸齒波是一種沿著一個方向線性上升或下降，升降速度相同的波形。在單片機中，可以通過計數(shù)器、管腳的電壓變化等進行產(chǎn)生。三、電路設(shè)計基于上述原理，我們設(shè)計的單片機波形發(fā)生器電路圖如下所示：電路元件表：|元件|型號|數(shù)量||---|---|---||單片機|STM32F103C8T6|1||DAC芯片|MCP4725|1||小電容|0.1uF|4||杜邦線|——|若干||電阻|2.2KΩ、10KΩ|各若干||電位器|10KΩ|1||LED燈|5mm，紅色|1||三極管|S8050|1||電源|DC12V|1|其中，DAC芯片用于將單片機產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，可以實現(xiàn)輸出電壓范圍可調(diào)。LED燈和三極管組成了一個方波輸出的電路。四、軟件設(shè)計單片機波形發(fā)生器的軟件主要包括以下模塊：1.CLK設(shè)置模塊：設(shè)置單片機時鐘頻率。2.GPIO初始化模塊：初始化GPIO口，用于控制觸發(fā)各種波形輸出的開關(guān)。3.DAC初始化模塊：初始化DAC芯片，用于將單片機產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。4.GPIO外部中斷模塊：用于外部控制波形的產(chǎn)生和輸出。5.正弦波生成模塊：通過正弦函數(shù)計算后輸出到DAC端口。6.方波生成模塊：通過設(shè)置GPIO口電平變化的頻率并輸出到DAC端口。7.三角波生成模塊：通過三角函數(shù)計算后輸出到DAC端口。8.鋸齒波生成模塊：通過計數(shù)器或GPIO口電平變化產(chǎn)生。五、實驗結(jié)果經(jīng)過電路的布局和PCB設(shè)計，搭建的波形發(fā)生器電路運行正常，并可以輸出多種波形，如下圖所示：六、總結(jié)本文基于單片機設(shè)計了一款波形發(fā)生器，通