基于低功耗STM32F103C8芯片的數字可調共振源的設計

1 系統結構

　　根據系統的性能要求，共振源系統主要由計算機控制軟件、USB通信、CPU模塊、信號發生模塊、信號濾波放大電路模塊、顯示及鍵盤控制模塊、外圍實驗裝置等6部分組成。圖1為該系統框圖。

圖1 系統框圖

　　系統以高速低功耗STM32F103C8為主控芯片，通過按鍵設置輸出頻率與幅度，并將頻率和幅度值顯示在LCD屏上，并控制DDS芯片AD9850合成相應的信號，該信號經過濾波放大模塊將信號的功率放大后輸出到外圍的振動裝置上。同時，振動源可以通過USB與計算機相連，PC機在軟件中設置輸出信號頻率和幅度。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 CPU主控部分

　　系統采用STM32F103C8作為主控制芯片。STM32F103C8是ST公司于2008年推出的以高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核的ARM。工作頻率可達72 MHz，內置高速存儲器(高達512 kB的閃存和64 kB的SRAM)，豐富的增強I／O端口和聯接到兩條APB總線的外設。Thumb-2指令集帶來了更高的指令效率和更強的性能，通過緊耦合的嵌套矢量中斷控制器，對中斷事件的響應比以往更迅速，工作電壓可以在2．0～3．6 V之間，能夠實現耗電最優化。在工業實時控制、計算機外部設備、建筑和安防、儀器儀表、通訊設備、家電消費等各個領域應用廣泛。

　　將STM32F103C8的PA0～PA7口與AD9850的8位并行數據接收端口相連，PB12、PB13、PB14分別與W_CLK、FQ_UD、CLKIN相連作為控制總線，用于控制AD9850的工作。具體控制連接，如圖2所示所示。

圖2 控制連接圖

　　2．2 信號發生模塊

　　信號發生模塊選用DDS芯片AD9850，它是高穩定度的直接數字頻率合成器件，內部包含：輸入寄存器、數據寄存器、數字合成寄存器(D-DS)、10位高速D／A轉換器和高速比較器。AD9850高速的直接數字合成器(DDS)，核心根據設定的32位頻率控制字和5位相移控制字，可產生0．029 Hz～62．5 MHz的正弦信號或者標準的方波信號。該器件可通過并行接口或串行接口實現控制字寫入，以改變輸出頻率和相位。本文采用并行輸入方式，通過8位總線D0～D7將外部控制字輸入到寄存器。5個W-CLK的上升沿讀入5 bit數據到輸入寄存器后。FQ-UD(頻率更新時鐘)上升沿到40位數據加載到頻率／相位控制寄存器，輸出波形頻率和相位更新一次。AD9850輸出頻率數據F與頻率控制字M(4 bit)之間的關系為

　　其中，CLKin為外部參考時鐘，本設計采用50 MHz。