【分享】2021 年全国大学生电子设计竞赛试题--J题周期信号...

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      本产品采用ST公司的STM32G431RBT6作为控制器，利用开关电源及转换模块的转换分别给单片机和其他模块供电，利用LCD显示屏完成数据显示。主要分为单片机系统模块、转换模块、迪文屏显示模块、语音模块、电源模块、串口通信模块。单片机系统模块通过控制整个产品的运行起到主导作用。转换模块利用放大电路，过零电路，电压跟随电路等转换为所需要的波信号来展示波形。迪文屏显示模块采用4.3寸LCD显示屏，能较准确的显示波形变化以及参数。语音模块采用单片机串口驱动可以进行语音播报。电源模块根据单片机不同需求降压稳定输出5V、3.3V。串口通信模块接收CPU数据实现远距离通信。

1.1系统总体设计方案的描述

迪文屏显示模块

  本作品采用ST公司的STM32G431RBT6作为主控制器，主要分为单片机系统模块、转换模块、迪文屏显示模块、语音模块、电源模块、串口通信模块。本系统满足题目基本部分要求。

1.2主要模块的比较与选择

1.2.1单片机方案比较与选择

方案一：采用STC公司的STC89C52作为主控芯片。STC89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

方案二：采用ST公司的STM32G431RBT6作为主控制器。STM32G431RBT6具有高达32位数据总线的灵活外部存储控制器，LCD并行接口，兼容8080/6800模式，低功耗，3个12 位、 2.4MSPS ADC，2个12 位 D/A 转换器。ADC 最大的转换速率为 2.4Mhz，多达150I/0端口。

方案选择：通过对两个方案的比较，方案二具有内置A/D转换模块，且可用接口较多，据题目需求，STM32G431RBT6可以更好满足电路的设计，因此我们选用方案二。

1.2.2显示屏方案比较与选择

方案一：带中文字库的128X64是一种具有2线或3线串行多种接口方式，内部含有简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置128个16*8点ASCII字符集，但其背光耗电量较大。

方案二：采用4.3寸迪文屏，分辨率较高，480xRGBx272Pixels、65k色、电容触摸屏、DGUSⅡ系统Based on T5 ASIC（T5UID14.3Inches,480xRGBx272Pixels,16-bitcolor,CTP,DGUSⅡ LCM，可以通过电脑传输相关数据，并可以触摸屏幕实现相关功能。 将采集到的ADC数据通过串口发送到串口屏，串口屏通过放大倍数绘点，然后通过横轴间隔设置的参数偏移，再进行下一个点的绘制，如此循环完成示波。高质量触摸，高灵敏度高线性，美观耐用。

方案选择：为了使在满足题目要求的基础上，方案二功耗更低，显示更为清晰，灵敏度更高，故本系统采用方案二迪文屏。

1.2.3滤波的比较与选择

方案一：采用BUCK滤波电路,其优点是利用储能元件电感器的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联一个电感，使输出电流波形较为平滑。但体积大，但成本高。

方案二：采用PWN滤波电路，PWM 滤波电路分析计算PWM是一种周期固定，而高低电平占空比可调的方波信号。PWM通过简单的RC滤波网络可以得到与信号占空比成线性关系的直接电压，从而实现 D/A 转换。

方案比较：为了使在满足题目要求的基础上，波信号可调，方案二成本更低，更易操控，且周期固定，故本系统采用方案二。

1.2.4扩展要求模块

方案一：采用NVO65A语音模块，功能十分完整，使用起来非常灵活，I/O脚使用简单，但AD、EEPROM等功能需要靠扩展,增加了硬件和软件负担，运行速度过慢，保护能力很差，虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力。

方案二:采用SYN6288语音模块，通过串口将想要合成的文字信息传送给模块进行合成语音输出，其性价比更高，效果更自然。

方案比较：为了结合实际需求，能够完整的将想要的文字信息通过语音输出出来，且保障程度高，故本系统采用方案二。

1.2.5系统各模块的最终选择

    经过仔细分析和论证，系统各模块的最终选择方案如下：

（1） 主处理器模块：采用STM32G431RBT6单片机控制；

（2） 采用4.3寸迪文屏；

（3）  采用SYN6288语音模块；

（4） 采用串口通信模块；

（5） 采用12V开关电源。