三通道方波发生器电路

前言

是嘉立创给的模版，我直接填写的，所以下面写作之间有前后重复描述、逻辑错误不怪我。（免责申明）

视频链接：

懒得上传B站了，所以直接去下面附件瞅瞅就行。

项目简介

基于STM32做的可以产生一个1Hz-8MHz的可调频的三通道方波发生器。
（实际上是燕山大学2024年电赛积分赛秋季赛题的题目，做完就扔上来了，屎一样的硬件，屎一样的代码）

项目功能

本设计是基于STM32单片机设计的PWM发生器；设置有三路单独的PWM输出，屏幕，按键面板。
功能分别根据按键输出需要的频率，启动输出，就能够自动输出对应的PWM。

项目参数

项目整体硬件设计难度不大，但是在主控芯片选择上很纠结，选主频高的芯片，价格昂贵；选便宜的芯片，主频不高。
纠结之下最终选用了极其便宜的芯片，如果想要在高频部分获得较小的误差请自行氪金！

• 本设计采用STM32G030F6P6主控芯片，芯片小，便宜，所有引脚安排得当刚好够用；
• 本设计采用0.96寸OLED液晶显示，三行对应三路输出；
• 使用软件计算最优解，得到系统时钟不变的情况下的定时器分频系数、计数器最优解；

原理解析（硬件说明）

本项目由两块电路板和购买的0.96寸OLED组成。
0.96寸OLED购买链接可以直接去淘宝找（可以点击蓝字跳转）。

主控板

主控板由三部分组成：核心、外设、电源。

核心部分

核心部分的本质就是STM32G030F6P6的最小系统和引脚的规划。
先说引脚的规划，盘算了一下，外设的引脚有以下几个部分。

功能	引脚数	对应外设	作用
芯片烧录接口	2	SWDIO	程序烧录
芯片复位引脚	1	NRST	程序复位
RF射频同轴连接器	3	PWM	三路PWM输出
0.96寸OLED	2	I2C	屏幕显示
LED	3	GPIO	指示该端口是否输出PWM
键盘	4	74HC165通信	键盘输出
串口	2	USART	上位机通信

加上两个电源引脚，正好19个引脚。STM32G030F6P6共20个引脚。
所以留给外部高速晶振的引脚只有一个了，也就是说必须使用STM32的BYPASS功能才行，所以使用有源晶振！

然后再去STM32CubeMX上简单的尝试一下就可以找出一种合适的引脚配置方法。以下是对应的电路图。

• 晶振部分采用磁珠+电容的滤波方案，减小电源纹波对晶振精度的影响，后续测试发现实际的晶振频率精度在小数点后4位。
• 烧录口只有三路，去除了3V3的供电引脚。因为明确，烧录时候会使用USB供电，不存在电源问题。
• 添加四个M3螺丝孔，给铜柱，以支撑整体开发板。
• 添加两个1*2P排母，作为按键板和控制板连接的结构件。

外设部分

涉及到的外设已经在上面主控部分列明了，所以此处不再赘述。
原理图如下：

• 射频头直接和单片机引脚相连，没有做保护措施。（因为考核时候直接和示波器相连，所以应该噶不了，同时也减少退耦时候造成的信号衰减或延迟问题）

• OLED使用1*4P排母，供电口使用0402的0Ω电阻作为选择电阻，旧版和新版的0.96寸OLED引脚顺序是不同的，这个地方需要使用者按购买的模块自行选择焊接。（直接焊锡短接就行，买0Ω电阻意义不大）

• 按键板相连共10个引脚，2路供电、4路按键、3路指示灯、1路芯片复位。（其实没这一路也行，但是不方便复位）

• 串口采用最经典的CH340N芯片，这个芯片也是USB转TTL最常见的芯片了，为了防止出意外，所以在USB电路的差分信号上添加了保护TVS管。

电源部分

电源采用两个TYPE-C接口作为供电输入，经过防电流反灌的二极管电路后，总开关控制通断。
总开关后接自恢复保险丝和电源滤波电容，以得到保护后的总输入电源。
由于外设全部使用3V3作为供电电源，因此总输入电源通过两个LDO，降至3V3。一路供给主控板上的模块，一块供给按键板的按键阵列。
其原理图如下：

• USB2是16脚TYPE-C，可以在供电的同时和上位机通信；USB1是6脚TYPE-C，防止USB2焊不上去时候，没法给板子供电。两个USB连接器的CC引脚均加入5.1K下拉电阻，便于不同主机识别和配置。

• D1、D3两个肖特基二极管构成防止电流反灌的电路。这样两路USB都插入，硬件自动选择电压较高的一路作为主电源输入。（肖特基二极管比普通二极管的管压降要低，开关速度要快）

• F1是自恢复保险丝，正常使用是不会出问题的，为的是防止手工焊接的时候有笨蛋把后续电路焊短了。

• LDO采用RT9013-33GB，芯片小，输出电流500mA左右，正好外设需要的电流也不大。

按键板

按键板的原理图如下所示：

• 首先是信号输入的2*5P排针和作为固定结构的1*2P排针，这个对应核心板即可。

• 键盘模块采用74HC165芯片级联构成，具体原理可以参考华秋商城的视频。按键采用10kΩ电阻上拉，并联10nF电容的方案，来做到硬件消抖。

• LED和芯片复位就是基本的电路结构了，没什么好说了。（想要芯片复位直接短接信号输入的RESET和GND就可以做到）

软件代码

软件代码没什么可说的，各人有各人的编码方式，无可指摘。
本项目代码基于STM32CubeMX配置的HAL库代码改写而成。所有写的文件都放在Core文件夹中（建议直接在KEIL中查看比较直观）。

个人有改动的地方有（从底层到顶层）：

文件名	作用
oledfont.c	0.96寸OLED屏幕字符驱动
oled.c	0.96寸OLED屏幕显示驱动
74HC165.c	键盘扫描驱动
pwm.c	PWM输出驱动
oled_opa.c	OLED菜单格式定义
button_opa.c	按键操作函数定义
menu.c	菜单状态机建立
main.c	主函数

注意事项

16P的USB焊不上就别硬焊（）

组装流程

焊好了你还不会组装吗？？
看看实物图都懂了吧（）
【嘲讽的嘴脸蚌埠住了】

实物图

图1：核心板正面图

图2：按键板正面图

图3：按键板背面图

图3：组装图