### STM32单片机与FPGA在毕业设计中的应用：核磁共振信号频率测量系统的设计与实现
#### 一、引言
随着信息技术的快速发展，嵌入式系统的应用领域日益广泛，特别是在科研仪器和医疗设备领域。核磁共振（NMR）作为一种重要的分析手段，在材料科学、医学诊断等方面发挥着不可替代的作用。而基于STM32单片机和FPGA（Field-Programmable Gate Array）的信号处理系统，因其高性能、灵活性等特点，在NMR信号的采集与处理中具有显著优势。
#### 二、STM32单片机简介
STM32是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一系列基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。它具有以下特点：
1. **高性能**：采用ARM Cortex-M3/M4/M7等不同性能级别的处理器内核。
2. **低功耗**：提供多种电源管理模式，适合便携式或电池供电的应用场合。
3. **丰富的外设接口**：支持多种通信协议，如USART、SPI、I2C等，并且集成了ADC、DAC、PWM等多种模拟和数字接口。
4. **高集成度**：内置了大量外设，减少了外部元器件的需求，降低了系统成本。
5. **广泛的开发支持**：拥有成熟的开发工具链，如Keil、IAR等IDE以及HAL库、CMSIS等软件框架。
在本项目中，STM32主要负责系统的控制逻辑，包括信号预处理、数据采集与存储、人机交互等功能。
#### 三、FPGA技术概述
FPGA是一种可编程逻辑器件，通过硬件编程实现不同的逻辑功能。相较于传统的ASIC（专用集成电路），FPGA具有以下优势：
1. **可编程性**：可以在不改变硬件的情况下通过软件重新配置其逻辑功能。
2. **并行处理能力**：能够同时执行多个操作，非常适合于信号处理等需要高速处理的应用场景。
3. **灵活性**：可以根据具体需求进行定制化设计。
4. **快速原型验证**：便于进行硬件设计的迭代优化。
在本设计中，FPGA主要用于高速信号处理，包括但不限于信号放大、滤波、模数转换等前置处理步骤。
#### 四、系统设计与实现
##### 4.1 系统架构
本系统主要包括以下几个部分：
1. **信号采集模块**：利用FPGA实现对NMR信号的高速采集。
2. **信号预处理模块**：包括放大、滤波等步骤，确保信号的质量。
3. **数据处理模块**：由STM32完成，负责信号的进一步处理与分析。
4. **用户界面模块**：用于显示测量结果及参数设置。
##### 4.2 关键技术
1. **高速信号采集**：通过FPGA实现高速ADC控制，确保信号的完整性和准确性。
2. **数字信号处理算法**：在STM32上运行FFT（快速傅里叶变换）等算法，实现信号频谱的精确计算。
3. **人机交互设计**：采用触摸屏或按键等方式，提供友好的用户操作界面。
4. **电源管理**：合理设计电源电路，确保系统稳定可靠运行。
#### 五、实验结果与分析
为了验证系统的性能，进行了多次实验测试。结果显示，该系统能够准确地测量出NMR信号的频率，并且具有良好的稳定性和重复性。此外，通过对不同样品的测试，进一步证明了系统的通用性和实用性。
#### 六、总结与展望
本文详细介绍了一种基于STM32单片机和FPGA的核磁共振信号频率测量系统的实现方法。该系统充分利用了STM32的高性能和FPGA的可编程特性，实现了对NMR信号的有效采集与处理。未来，可以通过增加更多高级功能，如智能识别、远程监控等，进一步提升系统的智能化水平，拓宽其应用范围。
该项目不仅为NMR信号处理提供了新的解决方案，也为嵌入式系统在科研仪器领域的应用开辟了新思路。
