单片机课程设计
基于STM32F1 的频谱分析仪
班级:电子信息工程1111班(学号):
指导老师:
题目:基于STM32F1 的频谱分析仪
关键词:频谱分析仪,STM32F1,快速傅立叶变换,FFT,双色点阵
摘要
本设计是基于STM32F1的频谱分析仪。以STM32F103RBT6为控制核心,双色点阵屏为显示器。硬件上由电源管理,通信模块,放大电路,以及单片机最小系统组成。算法上采用简洁稳定的快速傅立叶变换作为主要的核心算法,辅以自动增益控制,实现信号从时域到频域的变换。通过双色点阵屏显示,具有直观,清晰等特点。
1.引言
目前,由于频谱分析仪价格昂贵,学校里只有少数实验室配有频谱仪。
但是电子信息类教学,如果没有频谱仪辅助观察,同学们只能从书本中抽象理解信号的特征,严重影响教学实验效果。
正对这种现状,提出了一种基于STM32F1的简易频谱分析仪的设计方案,其优点是成本低,能够直观的反映信号在频域的特征。
2.系统方案
本设计采用STM32F1作为核心处理器,该处理器核架构ARM Cortex-M3,具有高性能、低成本、低功耗等特点。
主控板包括电源模块、红外通信模块、TDA2822放大模块等;信号经过放大电路放大之后,由芯片自带的ADC将模拟信号转换为数字信号,再由主控芯片对数字信号进行快速傅立叶变换,驱动双色点阵屏显示。
软件算法的核心容就是快速傅立叶变换。如下图为本设计总体框图。
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3.系统硬件设计
针对前面提出的整体设计方案,本设计采取模块化策略,将各个功能部分开来设计,最后组合起来。
3.1 电源管理模块
系统的核心芯片为STM32F103,常用工作电压为3.3V,同时部的ADC 工作的参考电压也是3.3V,一般的外部电源的电压都为5V,要使系统正常工作,需要将5V的电源电压稳压到3.3V。常用的78系列稳压芯片已不再适用,必须选择性能更好的稳压芯片。
经综合考虑,本电路采用LM1117-3.3作为电源部分的核心芯片。外部电源5V输入LM1117-3.3稳压为3.3V。由于点阵屏显示部分的电流较大,但是不在我们主控板上,所以暂不做考虑。电路图如下。
3.2 信号放大模块
TDA2822是OTL功放,输出电容起耦合作用,因为OTL功放在在静态时输出端都会有Vcc/2伏的输出,这样会搞坏扬声器,所以需要加个电容,隔离。单片机处理的话就不用输出电容了。STM32的AD模拟口输入的电压不能太大,超过了ADC的参考电压可能就直接烧毁了,还好TDA2822的工作电压围广,直接给它3.3V供电就行。输出的1.6V连到单片机的模拟口。
3.3 单片机最小系统
该部分主要就是复位电路以及晶体振荡器: