近期需要进行基于声音传播测距的实验，需要临时制作一款可以发送Chirp音频信号和接收信号的电路板。要求其中的内部RAM足够大，可以采集到音频信号进行后期处理。
电路硬件设计1
1.电路原理2
原理图设计-MCU及其接口
原理图设计-电源部分
2. 电路PCB版图
PCB版图
底部的两个接口的定义：
- 左4PIN接口：电源接口，PIN1,2：VCC（+5V）， PIN3,4：GND
- 右8PIN接口：ADDA接口，见下面表格：
[tr]序号符号功能定义[/tr]
| 1 | AD0 | AD输入0 |
| 2 | AD0 | AD输入0 |
| 3 | AD0 | AD输入0 |
| 4 | AD0 | AD输入0 |
| 5 | GND | 电源地 |
| 6 | 3.3VA | 内部稳压模拟3.3V |
| 7 | DAC1 | DA输出1 |
| 8 | DAC2 | DA输出2 |
- 顶部4PIN接口：SPI接口，从左到右分别是：MOSI，MISO，SCK，NSS
- 左侧4PIN接口：IO口，从上到下：IO1，2,3,4
调试错误：
（1）在第一版本中没有将UART3的管脚引出来。
- 顶部的4PIN另外功能定义：根据STM32F103cb管脚复用，顶部的4PIN还可以定义为TIME3,TIME2的PWM输出。
PSPI管脚重新定义为TIME3,TIME2的PWM输出
在PIO中的IO从上到下分别是PB15,PB14,PB13,PB12。在CONTROL.H中分别定义为：IO1,IO2,IO3,IO4。
它们的输入，输出功能请在Control.C的初始化程序中进行设置。
PIO中定义的输入输出口
3. 电路软件3调试以及调用命令
安装完毕元器件之后，下载初步的开发软件，便可以设置读取AD采集的信号波形了。
安装完毕后，下载程序进行调试
采集到的信号源典型波形
对F103内部的DA、AD模块初始化的语句。
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_Start(&hadc3);
HAL_ADC_Start(&hadc2);
//--------------------------------------------------------------------------
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
g_nTime1InterruptCount = 0;
g_nADC1BufferPoint = 0;
extern DAC_HandleTypeDef hdac;
HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_1);
HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_2);
每个10ms通过如下语句赋值DAC1，DAC2相应的输出波形：
//--------------------------------------------------------------------------
if(++nShowCount >= 10) {
nShowCount = 0;
// printf("%drn", g_nTime1InterruptCount);
DACOutput1(GetADC1());
DACOutput2(0xfff - GetADC1());
}
产生Chirp声音
1. 使用Python产生仿真Chirp波形
具体产生Chirp信号的参数和方法见下面的代码。
#------------------------------------------------------------
startf = 50
endf = 1500
data_length = 2048
samplefrequency = 5e3
deltat = 1/samplefrequency
#------------------------------------------------------------
angle = 0
data_buffer = []
#------------------------------------------------------------
for i in range(data_length):
data = int((sin(angle) + 1) * 0xfff)
data_buffer.append(data)
frequency = (endf - startf) * (i + 1) / data_length + startf
angle = angle + frequency * deltat
t = linspace(0, data_length * deltat, data_length, endpoint=True)
plt.plot(t, data_buffer)
plt.xlabel('Time (s)')
plt.ylabel('Sample Value')
plt.show()```
数学产生的Chirp信号
2. F103 产生相同的Chirp信号并输出
使用单片机产生的Chirp信号在示波器上显示的波形
- DOP 文件 : D:zhuoqingDesignCenterMyResearch2020ADDAF103REHardware.dop ↩︎
- 电路原理图 : d:zhuoqingAltiumDesignerTest2020ADDAF103READDAF103RE.SchDoc ↩︎
- 电路软件所在的目录：D:zhuoqingwindowARMIARSTM32ApplicationTest2020ADDAF103RESrcmain.c ↩︎
近期需要进行基于声音传播测距的实验，需要临时制作一款可以发送Chirp音频信号和接收信号的电路板。要求其中的内部RAM足够大，可以采集到音频信号进行后期处理。
电路硬件设计1
1.电路原理2
原理图设计-MCU及其接口
原理图设计-电源部分
2. 电路PCB版图
PCB版图
底部的两个接口的定义：
- 左4PIN接口：电源接口，PIN1,2：VCC（+5V）， PIN3,4：GND
- 右8PIN接口：ADDA接口，见下面表格：
[tr]序号符号功能定义[/tr]
| 1 | AD0 | AD输入0 |
| 2 | AD0 | AD输入0 |
| 3 | AD0 | AD输入0 |
| 4 | AD0 | AD输入0 |
| 5 | GND | 电源地 |
| 6 | 3.3VA | 内部稳压模拟3.3V |
| 7 | DAC1 | DA输出1 |
| 8 | DAC2 | DA输出2 |
- 顶部4PIN接口：SPI接口，从左到右分别是：MOSI，MISO，SCK，NSS
- 左侧4PIN接口：IO口，从上到下：IO1，2,3,4
调试错误：
（1）在第一版本中没有将UART3的管脚引出来。
- 顶部的4PIN另外功能定义：根据STM32F103cb管脚复用，顶部的4PIN还可以定义为TIME3,TIME2的PWM输出。
PSPI管脚重新定义为TIME3,TIME2的PWM输出
在PIO中的IO从上到下分别是PB15,PB14,PB13,PB12。在CONTROL.H中分别定义为：IO1,IO2,IO3,IO4。
它们的输入，输出功能请在Control.C的初始化程序中进行设置。
PIO中定义的输入输出口
3. 电路软件3调试以及调用命令
安装完毕元器件之后，下载初步的开发软件，便可以设置读取AD采集的信号波形了。
安装完毕后，下载程序进行调试
采集到的信号源典型波形
对F103内部的DA、AD模块初始化的语句。
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_Start(&hadc3);
HAL_ADC_Start(&hadc2);
//--------------------------------------------------------------------------
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
g_nTime1InterruptCount = 0;
g_nADC1BufferPoint = 0;
extern DAC_HandleTypeDef hdac;
HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_1);
HAL_DAC_Start(&hdac, DAC_CHANNEL_2);
每个10ms通过如下语句赋值DAC1，DAC2相应的输出波形：
//--------------------------------------------------------------------------
if(++nShowCount >= 10) {
nShowCount = 0;
// printf("%drn", g_nTime1InterruptCount);
DACOutput1(GetADC1());
DACOutput2(0xfff - GetADC1());
}
产生Chirp声音
1. 使用Python产生仿真Chirp波形
具体产生Chirp信号的参数和方法见下面的代码。
#------------------------------------------------------------
startf = 50
endf = 1500
data_length = 2048
samplefrequency = 5e3
deltat = 1/samplefrequency
#------------------------------------------------------------
angle = 0
data_buffer = []
#------------------------------------------------------------
for i in range(data_length):
data = int((sin(angle) + 1) * 0xfff)
data_buffer.append(data)
frequency = (endf - startf) * (i + 1) / data_length + startf
angle = angle + frequency * deltat
t = linspace(0, data_length * deltat, data_length, endpoint=True)
plt.plot(t, data_buffer)
plt.xlabel('Time (s)')
plt.ylabel('Sample Value')
plt.show()```
数学产生的Chirp信号
2. F103 产生相同的Chirp信号并输出
使用单片机产生的Chirp信号在示波器上显示的波形
- DOP 文件 : D:zhuoqingDesignCenterMyResearch2020ADDAF103REHardware.dop ↩︎
- 电路原理图 : d:zhuoqingAltiumDesignerTest2020ADDAF103READDAF103RE.SchDoc ↩︎
- 电路软件所在的目录：D:zhuoqingwindowARMIARSTM32ApplicationTest2020ADDAF103RESrcmain.c ↩︎
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