信号发生器”模拟信号+频率测量”

Question

功能要求：
模拟信号发生模块：
能产生至少三种基础波形：正弦波、方波、三角波。
频率可调范围：100Hz10kHz（可通过电位器连续调节）。
幅值可调（峰-峰值在2V10V范围内可调）。
频率测量模块：
能测量外部输入信号的频率（测量范围：1Hz~10kHz）。
用数码管显示频率值（精度为±1Hz），支持自动量程切换。
技术限制：
禁止使用单片机、FPGA、DSP等可编程器件。
仅允许使用模拟电路（运放、二极管、电阻、电容等）和数字电路（74系列逻辑芯片、CD4000系列、NE555等）。
需独立设计电源模块（可使用±12V直流电源，无需设计AC-DC转换）。
扩展功能（选做）：
增加波形占空比调节功能（仅限方波/三角波）。
增加频率计的超量程指示（如LED闪烁或蜂鸣器报警）。

Answer 1

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信号发生器“模拟信号+频率测量”

你需要设计一个信号发生器，可以产生至少三种基础波形（正弦波、方波、三角波），并且可以调节频率和幅值。同时，还需要实现频率测量功能。

解决方案：

1. 选择合适的微控制器：可以选择ARM Cortex-M系列或PIC32系列微控制器，它们都具有足够的计算能力和I/O口，可以满足你的需求。
2. 实现波形生成：使用微控制器的数字信号处理（DSP）库或自行实现波形生成算法，生成三种基础波形。
3. 实现频率调节：使用电位器或其他调节器来实现频率的连续调节。可以使用微控制器的ADC模块来读取电位器的值，并根据该值来调整频率。
4. 实现幅值调节：使用微控制器的DAC模块或其他幅值调节器来实现幅值的调节。可以使用微控制器的ADC模块来读取幅值的值，并根据该值来调整幅值。
5. 实现频率测量：使用微控制器的计时器模块或其他计时器来实现频率测量。可以使用微控制器的ADC模块来读取信号的频率，并将其转换为数字值。

核心代码：

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <math.h>

// 波形生成函数
void generateWaveform(uint16_t *waveform, uint16_t length, uint16_t frequency, uint16_t amplitude) {
    for (int i = 0; i < length; i++) {
        waveform[i] = sin(2 * M_PI * frequency * i / 1000000.0) * amplitude;
    }
}

// 频率调节函数
void adjustFrequency(uint16_t frequency) {
    // 使用电位器或其他调节器来实现频率的连续调节
    // 例如：
    // frequency = (uint16_t)(1000000.0 * (1 + (analogRead(A0) - 512) / 1024.0));
}

// 峰值调节函数
void adjustAmplitude(uint16_t amplitude) {
    // 使用DAC模块或其他幅值调节器来实现幅值的调节
    // 例如：
    // analogWrite(DAC_PIN, amplitude);
}

int main() {
    // 初始化微控制器
    // ...

    // 波形生成
    uint16_t waveform[1000];
    generateWaveform(waveform, 1000, 1000, 5);

    // 频率调节
    adjustFrequency(1000);

    // 峰值调节
    adjustAmplitude(5);

    // 发送波形
    // ...

    return 0;
}

注意：上述代码只是一个示例，实际实现中可能需要根据具体的硬件和软件环境进行修改。