INET#include"led.h"#include"delay.h"#include"key.h"#include"sys.h"#include"lcd.h"#include"usart.h" #include"dac.h"#include"adc.h"#include"usmart.h"#include"exti.h"#include"dma.h"#include"timer.h"http://產(chǎn)生正弦波的數(shù)組u16Sine6bit3[50];constu16Sine6bit2[50]={ //正弦波 2048,2304,2557,2801,3034,3251,3449,3626,3777,3901, 3995,4059,4091,4091,4059,3995,3901,3777,3626,3449, 3251,3034,2801,2557,2304,2048,1791,1538,1294,1061, 844,646,469,318,194,100,36,4,4,36,100,194,318,469, 646,844,1061,1294,1538,1791};constu16Sine6bit4[50]={ //三角波 4,164,328,492,656,820,984,1148,1312,1476,1640,1804, 1968,2132,2296,2460,2624,2788,2952,3116,3280,3444, 3608,3772,3936,4091,3932,3768,3604,3440,3276,3112, 2948,2784,2620,2456,2292,2128,1964,1800,1636,1472, 1308,1144,980,816,652,488,324,160};constu16Sine6bit5[50]={ //方波 4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091, 4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091,4091, 4091,4091,4091,4091,4091,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};intmain(void){ u16j=0,K0,KW,K1=0; floattemp; u8a=0; u8key; //讀取按鍵 delay_init(); //延時函數(shù)初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級分組為組2： delay_init();//初始化延時函數(shù) uart_init(115200); //串口初始化為115200 KEY_Init(); //初始化按鍵程序 LED_Init(); //LED端口初始化 LCD_Init(); //LCD初始化 usmart_dev.init(72); //初始化USMART Adc_Init(); //ADC初始化 Dac1_Init(); //DAC初始化 DAC_DMA_Config(DMA1_Channel3,(u32)&DAC->DHR12R1,(u32)Sine6bit3,50;//DMA1通道4,存儲器為SendBuff,//屏幕顯示// DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,0);//初始值為0 POINT_COLOR=BLUE;//設(shè)置字體為藍色 LCD_ShowString(60,110,200,24,24,"waveform:"); LCD_ShowString(60,150,200,24,24,"________________");LCD_ShowString(60,200,200,24,24,"amplitude:"); LCD_ShowString(60,240,200,24,24,"_________V"); LCD_ShowString(60,290,200,24,24,"frequency:"); LCD_ShowString(60,330,200,24,24,"_________Hz"); POINT_COLOR=RED; while(1){ key=KEY_Scan(0); if(key==WKUP_PRES){KW++;} if (key==KEY1_PRES){ K1++;} if (key==KEY0_PRES){ K0++;} //按下K1改變幅值 if(K1==1){ a=3.03; LCD_ShowString(60,235,200,24,24,"10m"); } elseif(K1==2){ a=6.06;LCD_ShowString(60,235,200,24,24,"20m"); } else{ a=9.09; LCD_ShowString(60,235,200,24,24,"30m"); K1=0;} //按下K0改變頻率if(K0==1){ temp=3; LCD_ShowString(60,325,200,24,24,"10K"); } elseif(K0==2){ temp=39;LCD_ShowString(60,325,200,24,24,"1K"); } elseif(K0==3){ temp=399;LCD_ShowString(60,325,200,24,24,"100"); } elseif(K0==4){ temp=3999;LCD_ShowString(60,325,200,24,24,"10"); } else{ temp=1; LCD_ShowString(60,325,200,24,24,"20K"); K0=0;} //按下wkup改變波形 if(KW==1){ for(j=0;j<50;j++) {Sine6bit3[j]=Sine6bit4[j]/100*a;} LCD_ShowString(60,145,200,24,24,"Triangularwave"); } elseif(KW==2){ for(j=0;j<50;j++) { Sine6bit3[j]=Sine6bit5[j]/100*a; } LCD_ShowString(60,145,200,24,24,"squarewave"); } else{ for(j=0;j<50;j++) { Sine6bit3[j]=Sine6bit2[j]/100*a; } LCD_ShowString(60,145,200,24,24,"sinewave"); KW=0;} //波形的輸出為避免主程序?qū)敵龅挠绊憣MA置于定時器3的中斷程序中timer.c81行 TIM3_Int_Init(temp,35); TIM3->DIER|=1<<8; }}3.1.1波形的選擇控制方式程序開頭設(shè)置了三種波形的數(shù)據(jù)庫，以及一個便于控制數(shù)值的空數(shù)據(jù)庫（DMA讀取數(shù)據(jù)庫），通過按鍵KWY-UP的鍵值來選擇被寫入讀取數(shù)據(jù)庫的波形數(shù)據(jù)庫數(shù)值，DMA通道只需要傳輸數(shù)據(jù)庫的數(shù)值至DAC模塊即可實現(xiàn)波形的產(chǎn)生，在對應(yīng)引腳（PA4）即可輸出波形。3.1.2控制輸出波形幅值的方式在將波形數(shù)據(jù)庫的數(shù)值寫入讀取數(shù)據(jù)庫前，可以為三個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)增加系數(shù)，通過KEY-1的鍵值控制這個系數(shù)的改變，從而可以影響被寫入讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)值的大小。DAC輸出的電平與讀取到寄存器中數(shù)值的關(guān)系滿足如下公式，其中用j代表寫入波形數(shù)據(jù)庫的數(shù)值，通過在{Sine6bit3[j]=Sine6bit2[j]/10*a;}語句中，增加隨KEY-1鍵值可變的系數(shù)a，從而能做到按比例改變被寫入讀取數(shù)據(jù)庫的數(shù)值，因此可以通過鍵值的改變控制產(chǎn)生波形幅值的變化。（在本次設(shè)計中共設(shè)計了三個檔位。a=3.03時輸出幅值為1V的波形。a=6.06時輸出幅值為2V的波形。a=9.09時輸出幅值。[15]）（4096是DAC模塊可讀取的最高數(shù)值。3.3V是DAC模塊可以輸出的最高輸出電壓。）[16]3.1.3控制輸出波形頻率的方式本次設(shè)計使用定時器觸發(fā)DMA傳輸，以此控制輸出頻率，（公式附綴于本段結(jié)束處），通過設(shè)置變量temp，將temp設(shè)置為定時器的預(yù)裝載值，temp的改變可以影響定時器的中斷頻率，通過中斷頻率的改變可以影響DMA傳輸?shù)念l率從而影響DAC模塊輸出電平改變的頻率，即波形的頻率。（本次設(shè)計中設(shè)計了五個檔位分別為temp=1輸出波形頻率為20KHZtemp=3輸出波形頻率為10KHZtemp=39輸出波形頻率1KHZtemp=399輸出波形頻率為100HZtemp=3999輸出波形頻率為10HZ可在根據(jù)后續(xù)實驗增加或減少檔位，以滿足實驗需求）TIM3的時鐘頻率為TIM3中斷周期為T波形輸出周期為波形輸出頻率為其中為系統(tǒng)時鐘頻率。本芯片系統(tǒng)時鐘頻率為72MHz。N為數(shù)據(jù)庫中點數(shù)。ARR為自動重載計數(shù)器的重載值。PSC為定時器時鐘分頻系數(shù)。[10][19]3.1.4用示波器進行輸出波形的檢驗其中圖3-1－圖3-3為波形改變演示圖3-3－圖3-7為頻率改變演示（以正弦波為例）圖3-7－圖3-9為幅值改變演示（以正弦波為例）圖3-10為實物展示圖3-1圖3-2圖3-3（20KHz）圖3-4（10KHz）圖3-5（1KHz）圖3-6（100Hz）圖3-7（10HZ3V）圖3-8（2V）圖3-9（1V）圖3-103.2示波器設(shè)計過程3.2.1示波器原理介紹利用AD轉(zhuǎn)換將采集到的電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)值存儲進單片機，讀取數(shù)據(jù)后在屏幕上描點繪制出對應(yīng)波形。在示波器的設(shè)計部分，采用定時器溢出觸發(fā)數(shù)據(jù)采集開始的方式進行采樣，控制定時器的預(yù)裝載值可以實現(xiàn)使用按鍵操控采樣頻率改變的功能，這種設(shè)計有利于不同波形的的測量。實驗所用的示波器電路圖如圖3-11所示。圖3-11示波器電路圖3.2.2示波器按鍵等功能介紹示波器共計八個按鍵，下面依次介紹其功能。左側(cè)有三個三擲開關(guān)，由上到下第一個的功能是控制信號耦合方式分別為接地、交流、直流。第二個與第三個三擲開關(guān)共同調(diào)節(jié)示波器的靈敏度，第二個可以選擇檔位分別為1V、0.1V、10mV，第三個開關(guān)可以選擇倍率分別為5倍、2倍、1倍。示波器靈敏度（分辨率）可以在10mV到5V之間進行檔位調(diào)節(jié)。右側(cè)按鍵共計五個，其中由上到下第一個按鍵SW4可以實現(xiàn)傳統(tǒng)示波器的波形暫停與運行功能，方便實驗時進行觀測、第二個按鍵SW5與第三個按鍵SW6分別控制參數(shù)大小的加與減，可以對采樣頻率，波形位置等進行調(diào)節(jié)。第四個按鍵SW7則是選中參數(shù)的切換按鍵，與SW5、SW6配合可以對任意參數(shù)進行可行范圍內(nèi)調(diào)整。最后一個按鍵SW8為復(fù)位鍵，可以在必要時重啟示波器，避免學(xué)生誤操作后不知如何歸位。圖3-12為示波器按鍵分布圖。圖3-12示波器按鍵分布圖3.2.3示波器界面介紹示波器界面除波形外還會顯示其他關(guān)鍵信息，觸發(fā)模式觸發(fā)電平等，詳情如圖3-13所示。圖3-13示波器界面圖3.2.4示波器實物展示圖3-14示波器成品展示（圖右）圖3-15圖3-163.3實驗用PCB板設(shè)計過程設(shè)計PCB板時，選用的軟件為立創(chuàng)EDA，該階段，參考課本上的實驗電路原理圖，先對要構(gòu)建的PCB原理圖有初步的設(shè)想，然后結(jié)合預(yù)期的的電路板尺寸進行初步的布局設(shè)置，繪制PCB板表面，選定打孔位置，并合理規(guī)劃布線區(qū)域和非布線區(qū)域。然后在合適的位置安置實現(xiàn)各種功能的元器件，注意放置需要疏密得當，堅持簡潔美觀的原則。注意各個原件的實物大小，不可以出現(xiàn)重疊沖突，保證電路板制作的可行性與可靠性。放置元器件的時候可以對不確定的地方進行初步的布線，為下一步的布線做好準備。在本次設(shè)計中，結(jié)合學(xué)生平常的使用習(xí)慣，將所有電源均置于右側(cè)，所有接地點均置于下方。在之后要進行布線操作，布線時也要堅持美觀簡潔的原則。最先考慮的應(yīng)該是電路板能否正常工作，所以務(wù)必嚴格檢查電源線與接地線的布置是否合理。之后再進行元器件之間的布線，元器件間的連線，不要交叉，減少彎折。連線完畢后，應(yīng)當進行復(fù)查，對自動生成的PCB網(wǎng)絡(luò)文件、PCB原理圖網(wǎng)絡(luò)文件進行連接關(guān)系的校驗(NETCHECK)，根據(jù)輸出文件的結(jié)果，及時修改以確保接線連接關(guān)系的正確性;正確通過網(wǎng)絡(luò)檢查后，檢查PCB設(shè)計，并根據(jù)DRC輸出的文件結(jié)果及時修改完善，以確保PCB接線的電氣性能。最后，要檢查和確認PCB的機械安裝結(jié)構(gòu)。全部檢查完畢，將原理圖送至生產(chǎn)廠家制成成品后，經(jīng)過焊接調(diào)試即可使用。[12][13][14]圖3-17為單管放大電路的電路原理圖。（立創(chuàng)EDA軟件繪制）圖3-18為反饋放大電路的電路原理圖。圖3-17為PCB仿真圖。圖3-19為其3D預(yù)覽圖。圖3-17單管放大電路的電路原理圖圖3-18反饋放大電路的電路原理圖為節(jié)約資源，在繪制PCB仿真圖時可以將兩個或多個實驗所需電路繪制在一張PCB電路板上。單管放大電路與反饋放大電路兩項實驗的PCB板仿真圖也是使用立創(chuàng)EDA軟件繪制。圖3-17為PCB仿真圖圖3-19實驗用PCB板3D預(yù)覽圖

第四章基于stm32單片機的模擬電路口袋實驗室實物展示1(以單管放大電路實驗為例)4.1單管放大電路實驗?zāi)康募霸?.1.1單管放大電路實驗?zāi)康膶W(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試與測量方法觀察并測量電路參數(shù)的變化對放大電路的靜態(tài)工作點（Q），電壓放大倍數(shù)及波形的影響。掌握放大器的電壓放大倍數(shù)的測試方法。了解輸入輸出電阻如何測量。學(xué)會最大不失真輸出電壓的測試4.1.2單管放大電路實驗原理圖viC110μFBEC3DG610μFCviC110μFBEC3DG610μFC22kΩ20kΩ1MΩ2kΩ或3kΩVCC＋12VRbRb1RPRCRL4-1單管放大電路實驗原理圖4.2單管放大電路實驗實物連接圖展示4-2單管放大電路實驗實物連接圖4-3單管放大電路實驗實物連接圖4-4單管放大電路實驗實物連接圖4.3單管放大電路實驗步驟4.3.1.按照原理圖搭接電路。(跳線帽)圖4-5單管放大電路實驗操作展示圖①設(shè)置偏置電阻RB②設(shè)置集電極電阻③短路發(fā)射極電阻Re4.3.2測試放大器的靜態(tài)參數(shù)：圖4-6單管放大電路實驗操作展示圖(1)調(diào)節(jié)電位器RP1為最大（向右旋轉(zhuǎn)）、最?。ㄏ蜃笮D(zhuǎn)）分別測量放大器的靜態(tài)工作點VB、(2)調(diào)節(jié)RP1使Vc=8V,測量靜態(tài)工作點VB、V(3)改變Rc使Rc=3kΩ,測量靜態(tài)工作點VB測量電阻RB時：1.不能帶電測量，斷開V4.3.3測試放大器的動態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)RP1使Vc=8V（Rc=2kΩ）。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使vi=5mV（接到vi，晶體管毫伏表測量），f=3kHz，Rc=2kΩ，在RL=∞、R改變Rc使Rc=3kΩ。測量在RL=∞、RL=2kΩ兩種負載條件下觀察失真波形調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使vi=20mV，f=3kHz。緩慢調(diào)節(jié)增大減少RP1，觀察并記錄4.4實驗數(shù)據(jù)計算過程靜態(tài)工作點的計算：靜態(tài)工作點指的是靜態(tài)狀態(tài)下，三極管的放大電路中還沒有加入外加交流信號時，三極管在外加直流時，電流和電壓的數(shù)值。可用三極管輸入輸出特性曲線上一個確定的點表示。靜態(tài)工作點也叫Q點，一般包括三個參數(shù)IBQ、ICQ、UCEQ。當通過對直流通路進行電路分析就可以計算出在當前元件參數(shù)下的三極管的IBQ、ICQ、UCEQ了。IIU計算完畢后查找當前三極管的數(shù)據(jù)手冊，并在其在特性曲線上畫出對應(yīng)的直流負載線（ICQ、UCEQ），與符合實驗條件的的IBQ失真波形相關(guān)數(shù)據(jù)的計算：放大器在動態(tài)工作狀態(tài)下，外Vi=30mV,以上有關(guān)數(shù)據(jù)的表達式如下：4.5實驗結(jié)果展示圖4-7傳統(tǒng)示波器所得波形的展示設(shè)置信號發(fā)生器20kHz33mV時得到的波形信息，可見輸出的波形與輸入波形頻率相等，相位相差180度，幅值相差大約100倍符合實驗預(yù)期要求。圖4-8STM32示波器所得輸入波形的展示圖4-9STM32示波器所得輸出波形的展示設(shè)置信號發(fā)生器20kHz33mV時得到的波形信息，可見輸出的波形與輸入波形頻率相等，相位相差180度，幅值相差大約100倍，亦然符合實驗預(yù)期要求。可見單片機實驗室可以在一定程度上取代傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ健?/p>

第五章基于stm32單片機的模擬電路口袋實驗室實物展示2(以反饋放大電路實驗為例)5.1反饋放大電路實驗?zāi)康募霸?.1.1反饋放大電路實驗?zāi)康?加深理解負反饋放大電路的工作原理及負反饋對放大電路性能的影響。2學(xué)習(xí)負反饋放大電路性能的測量與調(diào)試方法。3學(xué)習(xí)用集成運算放大器設(shè)計負反饋放大電路。5.1.2反饋放大電路實驗原理圖5.2反饋放大電路實驗實物連接圖展示圖5-2反饋放大電路實驗實物連接圖展示圖5-3反饋放大電路實驗實物連接圖展示5.3反饋放大電路實驗步驟5.3.1檢查電路對照電路原理圖檢查無誤后，接通電源+12V。5.3.2調(diào)整并測量靜態(tài)工作點要求B點接D點，接上VCC。輸入端vi短路，調(diào)RP1使VC1=8V（或調(diào)RP2使VC2=8V），測量兩級靜態(tài)電位，確定T1和T2均工作在放大區(qū)。5.3.3測量基本放大電路的性能（1）測量基本放大電路的電壓放大倍數(shù)AV和輸出電阻rO。（2）測量基本放大器的帶寬fbw（帶RL）5.3.4測量反饋放大電路的性能（B點接A點）方法同上，測出AVf，rif，rOf，fbwf，同基本放大電路比較并分析原因。5.4實驗數(shù)據(jù)計算過程vi=5mV，f=3kHZ，RL=∞，測量此時的輸出電壓vO，計算帶上負載RL，測量此時的輸出電壓為v'，則接入RS=4.7kΩ，信號由vS接入，調(diào)vs使vi仍為5mV，測量此時的vs，則式中ri'=Rb1//ri，由此求得測量帶寬時，令f=3kHZ，改變vi使vO為1V，然后保持vi幅值不變，只改變f，測出滿足vO值為0.707V所對應(yīng)的fL和fH，則帶寬

5.5實驗結(jié)果展示5.5.1基本放大電路實驗圖5-4傳統(tǒng)示波器所得波形的展示設(shè)置信號發(fā)生器3kHz5mV時得到的基本放大電路波形信息，從圖5-4可見輸出的波形與輸入波形頻率相等，幅值相差大約200倍。圖5-5單片機示波器所得輸入波形圖5-6單片機示波器所得輸出波形從圖5-5、圖5-6中可以看到輸入輸出波形頻率相等，幅值相差大約200倍，與傳統(tǒng)示波器所得結(jié)果相近，滿足實驗要求。5.5.2反饋放大電路實驗圖5-7傳統(tǒng)示波器所得波形的展示設(shè)置信號發(fā)生器3kHz10mV時得到的反饋放大電路波形信息，可見輸出的波形與輸入波形頻率相等，幅值相差大約100倍。圖5-8單片機示波器所得輸入波形圖5-9單片機示波器所得輸出波形從圖中可以看到輸入輸出波形頻率相等，幅值相差大約100倍，與傳統(tǒng)示波器所得結(jié)果相近，滿足實驗要求。結(jié)論本次課題基于ADC，DAC等原理，以STM32單片機為平臺實現(xiàn)信號發(fā)生器、示波器等功能，并在此基礎(chǔ)上制作各種模擬實驗電路PCB板，完成小型模擬電路口袋實驗室的構(gòu)建，可以基本滿足實驗所需，完全可以做到與傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ交パa不足，互為裨益。但同時也有許多不足之處，例如受單片機性能限制，正弦波信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形頻率范圍比較窄，不能實現(xiàn)20KHz以上高頻輸出，低頻失真也較為明顯，對比專業(yè)設(shè)備不能完成實驗中的一些特殊要求。本次課設(shè)了響應(yīng)教育部的號召，提供了隨時隨地進行實驗的機會，打破了實驗設(shè)備以及實驗室的時間和空間上的局限性，革除了傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ降乃墓瘫锥恕閷崿F(xiàn)停課不停學(xué)的目標進行了努力，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。[20]參考文獻宮亞梅,鄧志輝,裴志堅.“口袋實驗室”在電子技術(shù)實驗教學(xué)中的改革探索[J].電子制作,2021(02):58-60+53.張磊.口袋實驗室的設(shè)計創(chuàng)建與應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(30):147-148.向洮,馬愛君,張建雷.基于stm32的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)機化,2020(16):158-159.RenLiMin;XueXiao;ZhengYangBing.TheDesignofHighPrecisionArbitraryWaveformGeneratorBasedonDDSTechnologyandFPGA[J]JournalofPhysics:ConferenceSeriesVolume1820，Issue1.2021.PP012010SalaheldinAhmedEzzeldinIbrahimMohamed,YouheiSakamaki,ShinsukeNakano,KotaShikama,YukoKawajiri.Signalprocessingcircuit,distributedmemory,ROM,andDACwhichsignalprocessingcircuitisembedded[P].：US10950293,2021-03-16.ShanthiPavanYENDLURI,HajimeSHIBATA.ANALOG-TO-DIGITALCONVERTOR(ADC)WITHASYNTHESIZEDDE