-简易仪器的技术指标

-要求：

撰写一个不少于2000字的设计报告，并拍摄3-5分钟短视频分享在电子森林网站上

 

 

STM32G4 简易多功能模拟链路及供电系统，支持两路输入和输出滤波。

 

 

 

一、选型 STM32G4 系列MCU，具有 ADC 和 PWM 输出，满足数据采集和波形输出要求。 

这里为了实现方便，直接使用了 STM32G4A1CETx 芯片。STM32G4A1CETx是STMicroelectronics推出的一款高性能32位微控制器（MCU），具有以下主要特性：

1. 高性能核心：

   • ARM Cortex-M4内核：STM32G4A1CETx采用了ARM Cortex-M4内核，具有高性能和低功耗的特点。
   • 最高主频170 MHz：该MCU可以运行在高达170 MHz的主频下，提供强大的计算能力。

2. 多种存储器选项：

   • Flash存储器：STM32G4A1CETx可提供不同容量的Flash存储器，以满足应用的需求。
   • SRAM：具有多个SRAM区域，包括Tightly Coupled Memory（TCM）和普通SRAM。

3. 多个外设和接口：

   • ADC：多个12位ADC通道，可用于模拟信号的采样和转换。
   • DAC：具有多个12位DAC通道，可用于数字到模拟信号的转换。
   • 定时器：包括通用定时器，高级定时器和低功耗定时器，提供了丰富的定时和计数功能。
   • 通信接口：包括SPI、I2C、USART、CAN等多种通信接口，用于与外部设备进行数据交换和通信。
   • USB：支持USB 2.0接口，可用于连接计算机和外部设备。
   • DMA控制器：内置DMA控制器，可实现高效的数据传输和处理。

4. 低功耗特性：

   • 动态功耗管理：支持多种低功耗模式，包括Sleep、Stop、Standby等，以降低功耗并延长电池寿命。
   • 电源管理单元（PMU）：集成了电源管理单元，可以优化和监控系统的电源供应。

5. 安全性和可靠性：

   • 安全功能：具备硬件加密和安全引导功能，以保护应用程序和数据的安全。
   • 故障检测和保护：支持多种故障检测和保护机制，以提高系统的可靠性和稳定性。

总的来说，STM32G4A1CETx是一款高性能的32位微控制器，具有强大的计算能力、丰富的外设和接口、低功耗特性以及安全性和可靠性保障。这使得它适用于各种应用领域，如工业控制、物联网、汽车电子等。

二、采用 LDO 降压产生3.3V，使用电阻分压产生直流偏置电压。 

因为电压差较小，而且电流也较小，这里就直接使用 LDO（低压差线性稳压器）进行降压。相比于使用 BUCK（降压型）电路，LDO有一些独特的优势。

首先， LDO具有简单的电路结构，只需要一个NPN或PNP晶体管以及几个被动元件，使得设计和实现更加简单。相比之下，BUCK电路需要使用开关管、电感和电容等组件，电路复杂度更高。

其次， LDO输出电压稳定性更高，因为它的输出电压与输入电压之间的差距较小，这意味着在稳态和瞬态过程中，输出电压的波动性更低。这对于一些对输出电压稳定性要求较高的应用非常重要，尤其是本项目中的 STM32G4xx。

此外， LDO具有更低的输出纹波和噪声，因为它不使用高频开关，所以不会产生电磁干扰。这对于一些对输出信号干净度要求较高的应用，例如 ADC 采样调理等，非常重要。

直流偏置是指在电路中为了实现特定功能而需要添加的直流电压。在某些电路设计中，为了使信号在工作范围内保持在正确的工作点上，需要添加一个恒定的直流偏置电压。而直流偏置电压的产生方法之一就是通过电阻分压来实现。

电阻分压是一种常见的电路技术，可以将电压分成不同的比例。它是通过将两个电阻串联连接到电源上，然后从两个电阻之间提取中间节点的电压来实现的。根据欧姆定律，电流会根据电阻的阻值分配到不同的电阻上，从而导致电压的分压。

在直流偏置的情况下，可以将一个电阻串联连接到电源上，并将另一个电阻连接到地。通过选择适当的电阻比例，可以得到所需的直流偏置电压。例如，如果需要将电压分为一半，则可以选择两个阻值相等的电阻。如果需要更高的直流偏置电压，则可以通过选择不同的阻值比例来实现。

另外，通过连接直流偏置到PWM输出，可以实现分压的可调性。PWM（脉冲宽度调制）是一种通过改变脉冲宽度来调节电压或功率的技术。通过将直流偏置连接到PWM输出，可以实现对分压电压的调节。通过调节PWM的占空比，可以改变脉冲的宽度，从而改变输出电压的分压比例。这种方法可以在一定范围内实现分压的可调性，使得直流偏置电压可以根据实际需求进行调节。

三、加滤波和放大电路完成模拟链路。

这里直接使用 FilterSolution 生成滤波电路，既可以保证减少输出锯齿，又可以避免输入混叠的情况。

在 STM32G4xx 中，还接了 USB、晶振等外设，可以保证芯片正常工作和正常烧录。

四、用LTSpice仿真验证电源和模拟电路，确保稳定性和满足性能指标。

 

 

完成简易多功能仪器模拟链路和供电系统的设计与实现。系统采用STM32G4和ADI公司器件，通过USB供电，实现双通道任意波形输出和数据采集。利用LTSpice软件仿真验证，保证系统稳定工作和满足技术指标。编写项目报告和拍摄视频，详细记录系统设计思路、实现过程和最后测试结果。 

 

通过这次模拟电路信号处理的实验课程，我学习到了许多关于信号处理方面的知识。首先，我学习到了信号处理的基本原理，以及如何运用这些原理来处理信号。其次，我学习到了信号处理中不同滤波器的作用，比如低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和抗混叠滤波器等。总之，通过这次模拟电路信号处理的实验课程，我学习到了信号处理的基本原理，不同滤波器的作用，ADC的作用，以及SPI通信协议的使用。

这里非常感谢硬禾学堂提供的实验机会。