数控高精度低频正弦信号发生器

高精度数控低频正弦信号发生器

任务书

一、任务

设计一款基于AT89C51单片机和锁相技术的高精度数控低频正弦信号发生器。

二、设计要求

1、基本要求

⑴采用DDFS(直接数字频率合成)和锁相技术, 实现1Hz～1KHz 变化的正弦信号。

⑵通过面板键盘控制输出频率，频率最小步进1Hz。

⑶输出双极性。

⑷用LED数码管实时显示波形的相关参数。

⑸写出详细的设计报告，给出全部电路和源程序。

2、发挥部分

⑴不改变硬件设计，将上限频率扩展到10KHz。

⑵不改变硬件设计，扩展实现三角波和方波信号。

⑶可通过PC机上的“虚拟键盘”，实现频率等参数的控制。

⑷实现对幅度的控制。

高精度数控低频正弦信号发生器

函数信号发生器作为一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学研究等领域[7]。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，因此是电子测试系统的重要部件，是决定电子测试系统性能的关键设备。它与示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的，也是得到最广泛应用的电子仪器之一。

1总体方案论证与设计

数字式函数信号发生器的实现方案很多，主要有如下几种：

方案一：采用微处理器和数模转换器直接合成的数字式函数信号发生器。这种信号发生器具有价格低，在低频X围内可靠性好，体积小，功耗低，使用方便等特点，它输出的频率是由微处理器向数模转换输出数据的频率和信号在一个周期内的采样点数（N）来决定的，因此受单片机的时钟频率的限制很大，如果单片机的晶振取12MHz，则单片机的工作频率为1MHz，若在一个周期内输出360个数据，则输出信号的频率理论上最高只能达到2777Hz。实际上单片机完成一次数据访问并输出到D/A电路，至少要5个机器周期，因此实际输出信号的频率只有500Hz 左右。即使增大晶振频率，减小一个周期内输出数据个数，在稍高的频率下输出的波形频率误差也是很大的，而且计算烦琐，软件编程麻烦，控制不方便。

方案二：利用单片机与精密函数发生器构成的程控信号发生器。这种信号发生器能够克服常规信号发生器的缺陷，保证在某个信号的频带内正弦波的失真度小于0.5％。它的输出信号频率调整和幅值调整都由单片机完成。但是，由于数模转换器的非线性误差和函数发生器本身的非线性误差，这种信号发生器输出信号的频率与理论值会有一定的偏差。

方案三：利用DSP处理器，根据幅值，频率参数，计算产生高精度的信号所需数据表，经数模转换后输出，形成需要的信号波形。这种信号发生器可实现程控调幅，调频。但这种信号发生器输出频率不能连续可调，计算烦琐，控制也不便。

方案四：基于单片机，锁相环，可编程分频、相位累加、存储器波形存储以及D/A转换器等组成的数字式函数信号发生器。输出的频率的大小由锁相环和可编程计数器来控制，最终由地址发生器对存储器中的波形数据硬件扫描，单片机提供要输出的波形数据给存储器。这种方案电路简洁，不受单片机的时钟频率的限制，输出信号精度高，频率“连续”，稳定性好，可靠性高，功耗低，调频，调幅都很方便，而且可简化软件设计，实现模块化设计的要求。

综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。其系统组成原理框图如图1所示。

图1 系统组成原理结构图

图1中主要有2大块，即波形发生部分（上半部）和键盘/显示部分。波形发生部分是本设计的核心，主要由可编程基准信号、锁相倍频电路、相位累加地址发生、EPROM存储器、数/模转换和滤波驱动等组成，如图2所示。

图2 系统波形发生模块

键盘输入和显示部分在控制仪器中起着人机交互的作用，这两部分的设计是仪器和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一，并关系到用户使用的满意度。键盘/显示模块设计的常用方法有: ①采用8279可编程接口芯片来实现系统的键盘/显示器扩展功能，该芯片40引脚，体积较大，成本不低，编程也不方便。②由单片机AT89C2051控制共阳数码管、按键构成动态显示模块。该方案最多只能扩展16个按键，且数码管需8只三极管驱动。③LCD液晶显示加键盘等，该方案成本不低，接口复杂。考虑到成本及电路的复杂度，本设计采用一款新颖的HD7279专用键盘/显示芯片。HD7279芯片价格低廉，内部含有译码器，并具有多种控制指

令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。在设计时，外围电路简单，只需一个电阻和一个电容即可解决键盘/显示电路的外围设计，且有成熟的现成程序可借鉴。

2 频率控制机理及其硬件设计

我们把锁相+直接数字频率合成称为PDDFS技术，频率控制是本设计的关键。频率控制模块的主要硬件支持是锁相环CD4046和可编程分频器INTEL8254,锁相环CD4046是本系统工作的关键所在，可编程分频器INTEL8254和其相互配合,为相位累加器CD4518提供时钟脉冲，从而最终实现对输出波形函数信号频率的改变。2.1锁相环介绍

锁相环PLL（Phase Lock Loop）是一个能完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统。它是比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差，比较结果产生的误差输出电压正比于输入信号和压控振荡器输出信号两个信号的相位差,原理如图3所示。

图3 锁相环原理框图

在环路开始工作时，通常输入信号的频率与压控振荡器末加控制电压时的振荡频率是不同的，由于两信号之间存在固有的频率差，它们之间的相位差势必不断地变化，在这种误差电压控制之下，压控振荡器的频率也就在相应的X围之内变化。若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号相等，便有可能在这个频率上稳定下来(当然只有在一定的条件下才可能这样)。达到稳定之后，输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零，相位差不再随时间变化，误差控制电压为一固定值，这时环路就进入“锁定”状态。当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO可在某一X围内自动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉X围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO锁定在这个频率上。

本系统选用的是 CD4046锁相环，其特点是电源电压X围宽（为3V～18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。它采用 16 脚双列直插式，各引脚功能如下：

6 / 22 ?

1脚相位输出端，环路人锁时为高电平，环路失锁时为低电平。 ?

2脚相位比较器Ⅰ的输出端。 ?

3脚比较信号输入端。 ?

4脚压控振荡器输出端。 ?

5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作。 ?

6、7脚外接振荡电容。 ?

8、16脚电源的负端和正端。 ?

9脚压控振荡器的控制端。 ?

10脚解调输出端，用于FM 解调。 ?

11、12脚外接振荡电阻。 ? 13脚相位比较器Ⅱ的输出端。

? 14脚信号输入端。

? 15脚内部独立的齐纳稳压管负极。

图4是CD4046功能图，主要由相位比较Ⅰ、Ⅱ、压控振荡器（VCO ）、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分构成。

图4 CD4046锁相环的功能图

∞=2R 时，锁相环的振荡频率可表示为:

11C R VCO f in SOC ∝

(1) 当∞=2R ，VCOin=Vcc/2时，锁相环的振荡频率(中心频率)可表示为:

能产生方波,三角波,正弦波地信号发生器(用741)

模拟电子技术 ——课程设计报告题目：信号发生器专业：班级：学号：：日期：指导老师：目录（信号发生器） 1 信号发生器的总方案及原理框图 1.1 电路设计原理框图 1.2 电路设计方案设计

2 设计的目的及任务 2.1 课程设计的目的 2.2 课程设计的任务与要求 2.3 课程设计的技术指标 3 各部分电路设计 3.1 正弦波产生电路的工作原理 3.2 正弦波——方波发生电路的工作原理3.3 方波——三角波转换电路的工作原理3.4 电路的参数选择与计算 3.5 总电路图 4 电路的仿真 4.1 正弦波发生电路仿真 4.2 方波——三角波发生电路的仿真 5 电路的安装与调试 5.1 正弦波发生电路的安装与调试 5.2 正弦波——方波的安装与调试 5.3 方波——三角波的安装与调试 5.4 总电路的安装与调试 5.5 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法 6 电路的实验结果 6.1 正弦波发生电路的实验结果

6.2 正弦波——方波转换电路的实验结果6.3 方波——三角波转换电路的实验结果 6.4 实测电路误差分析及改进方法 7 实验总结 1 信号发生器的总方案及原理框图 1.1 电路设计原理框图电路设计原理框图如图1所示。三角波

图1 电路设计原理框图 1.2 电路设计方案设计 1、采用RC串并联网络构成的RC桥式振荡电路产生正弦波。 2、将第一级送出的正弦波经过第二级的滞回电压比较器输出方波。 3、将第二级的方波通过第三级的积分器输出三角波。 4、电路完成。 2 设计的目的及任务 2.1 课程设计的目的 1、学习用集成运放构成正弦波、方波、三角波发生器。 2、学习波形发生器的调整和主要性能指标的测试方法。

低频正弦信号发生器

低频正弦信号发生器摘要正弦信号发生器是信号中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号在这些信号发生器中，又以低频正弦信号发生器最为常用，在科学研究及生产实践中均有着广泛应用。目前，常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，电路的组成主要包括选频网络，反馈网络，以及放大部分。所以，从结构上看，正弦信号发生器就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。分析RC串并联选频网络的特性，根据正弦波振荡电路的两个条件，即振幅平衡与相位平衡，来选择合适的放大电路指标，来构成一个完整的振荡电路。很多应用中都要用到范围可调的LC 振荡器，它能够在电路输出负载变化时提供近似恒定的频率、几乎无谐波的输出。电路必须提供足够的增益才能使低阻抗的LC 电路起振，并调整振荡的幅度，以提高频率稳定性，减小THD（总谐波失真）。但是，在一般的情况下，RC选频电路用于输出中频信号，LC选频电路用于输出高频信号，当需要这种模拟信号发生器用于输出低频率信号往往需要的RC值很大（LC 输出高频，更难以满足要求），这样不但参数准确度难以保证，而且体积大和功耗都很大，低频性能难以满足要求。而由数字电路构成的低频信号发生器，多是由一些芯片组成，其低频性能比模拟信号发生器好得多，并且体积较小，输出的信号谐波较少，频率和振幅相对比较稳定。本文借助555定时器和74LS161产生方波经MF10滤波电路产生正弦信号，这种电路运算速度较高，系统集成度强，且实现更加简便。电压的数字显示主要由555定时器构成的放大整形电路，时基电路和控制电路构成，最终由十六进制加法器74LS160，锁存器74LS373，译码器74LS48使数码管显示电压。

正弦信号发生器的设计

XXXX大学现代科技学院DSP硬件电路设计基础课程设计设计名称正弦信号发生器的设计专业班级学号姓名DENG 指导教师XXXX

课程设计任务书注：上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。日期：2014-12-10

专业班级 XXXXXXX 学号姓名 DENG 成绩设计题目正弦波信号发生器设计目的学会使用CCS(Code Composer Studio)集成开发环境软件，在此集成开发环境下完成工程项目创建，程序编写，编译，链接，调试以及数据的分析。同时完成一个正弦波信号发生器的程序的编写，并在集成开发环境下进行模拟运行，观察结果。设计内容编写一个产生正弦波信号的程序，在CCS 软件下进行模拟运行，观察输出结果。设计原理正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。本次课程设计只要使用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。 1. 产生正弦波的算法在高等数学中，正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式为若要计算一个角度x 的正弦和余弦值，可取泰勒级数的前5项进行近似计算。 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

由上述两个式子可以推导出递推公式，即 sin(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x] cos(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x] 由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时，不仅需要已知cos(x)，而且还需要sin[(n-1)x]、sin[(n-2)x]和cos[(n-2)x]。 2. 正弦波的实现 ⑴计算一个角度的正弦值利用泰勒级数的展开式，可计算一个角度x的正弦值，并采用子程序的调用方式。在调用前先在数据存储器d_xs单元中存放x的弧度值，计算结果存放在d_sinx单元中。 ⑵计算一个角度的余弦值利用余弦函数展开的泰勒级数的前五项计算一个角度的余弦值，可采用子程序的调用方式来实现。调用前先将x弧度值放在数据存储器d_xc单元中，计算结果存放在d_cosx单元中。 ⑶正弦波的实现利用计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波。其实现步骤如下：第一步：利用sin_start和cos_start 子程序，计算 45°~0°（间隔为 0.5°）的正弦和余弦值；第二步：利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)公式，计算 90°~0°的正弦值（间隔为1°）；第三步：通过复制，获得359°~0°的正弦值；第四步：将359°~0°的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波。在实际应用中，正弦波是通过D/A口输出的。选择每个正弦周期中的样点数、改变每个样点之间的延迟，就能够产生不同频率的波形，也可以利用软件改变波形的幅度以及起始相位。总体方案设计 1. 总体实现方案我们知道一个角度为x的正弦和余弦函数，都可以展开为泰勒级数，且其前五项可以看为：

正弦信号发生器2

正弦信号发生器[2005年电子大赛一等奖] 文章来源：凌阳科技教育推广中心作者：华中科技大学（华中科技大学曹震陈国英孟芳宇）发布时间：2006-4-21 17:33:13 本系统基于直接数字频率合成技术；以凌阳SPCE061A单片机为控制核心；采用宽带运放AD811和AGC技术使得50Ω负载上峰值达到6V±1V；由模拟乘法器AD835产生调幅信号；由数控电位器程控调制度；通过单片机改变频率字实现调频信号，最大频偏可控；通过模拟开关产生ASK、PSK信号。系统的频率范围在100Hz～12MHz,稳定度优于10-5，最小步进为10Hz。一、方案论证根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括图1.1所示的模块。图1.1 系统模块框图

1、单片机选型方案一：采用现在比较通用的51系列单片机。51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，但此系列单片机是8位机，处理速度不是很快，资源不够充足，而且其最小系统的外围电路都要自己设计和制作，使用起来不是很方便，故不采用。方案二：选用凌阳公司的SPCE061A单片机。SPCE061A单片机是16位的处理器，主频可以达到49MHz，速度很快，再加上其方便的ADC接口，非常适合对高频信号进行数字调频，如果对音频信号进行A/D采样，经过数字调频并发射，完全可以达到调频广播的效果。结合题目的要求及SPCE061A单片机的特点，本系统选用凌阳公司的此款单片机。 2、频率合成模块方案一：锁相环频率合成。如图1.2，锁相环主要由压控LC振荡器，环路滤波器，鉴相器，可编程分频器，晶振构成。且频率稳定度与晶振的稳定度相同，达10-5，集成度高，稳定性好；但是锁相环锁定频率较慢，且有稳态相位误差，故不采用。图1.2 锁相环的基本原理方案二: 直接数字频率合成。直接数字频率合成DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）基于Nyquist定理，将模拟信号采集，量化后存入存储器中，通过寻址查表输出波形数据，再经D/A转

EDA课程设计-正弦信号发生器的设计

《EDA技术》设计报告设计题目正弦信号发生器的设计院系：信息工程学院专业：通信工程____ 学号：姓名：__________

一．设计任务及要求 1.设计任务: 利用实验箱上的D/A 转换器和示波器设计正弦波发生器，可以在示波器上观察到正弦波 2.设计要求: （1）用VHDL 编写正弦波扫描驱动电路（2）设计可以产生正弦波信号的电路（3）连接实验箱上的D/A 转换器和示波器，观察正弦波波形二．设计方案（1）设计能存储数据的ROM 模块，将正弦波的正弦信号数据存储在在ROM 中，通过地址发生器读取，将正弦波信号输入八位D/A 转化器，在示波器上观察波形（2）用VHDL 编写正弦波信号数据，将正弦波信号输入八位D/A 转化器，在示波器上观察波形三．设计框图图 1 设计框图信号发生器主要由以下几个部分构成：计数器用于对数据进行采样，ROM 用于存储待采样的波形幅度数值，TLV5620用于将采集的到正弦波数字量变为模拟量，最后通过示波器进行测量获得的波形。其中，ROM 设置为7根地址线，8个数据位，8位并行输出。TLV5260为串行输入的D/A 转换芯片，因此要把ROM 中并行输出的数据进行并转串。四．实现步骤 1.定制ROM 计数器 7根地址线 8 位 R O M 并转串输出 CLK TLV5620D/A 转换 RST

ROM的数据位选择为8位，数据数选择128个。利用megawizard plug-in manager定制正弦信号数据ROM宏功能块，并将上面的波形数据加载于此ROM中。如图3所示。图2 ROM存储的数据图3 调入ROM初始化数据文件并选择在系统读写功能 2.设计顶层

音频测试-低频信号发生器-使用方法

低频信号发生器的操作方法第一步骤：低频信号发生器的连接连接电源线用220V AC 线把低频信号发生器连上市电。如电源插座旁有控制开关，还须把开关打开。（如上图2）连接信号线将输出线插入到低频信号发生器的信号输出（OUTPUT ）接口，并顺时针扭动半圈（如下图3）。图 1 图 2 将开关打开

第二步骤：信号电压幅度调节上述步骤完成后，接下来需要开机预热和调节输出信号的幅度。 1）开机（POWER ）按下电源键开机，开机后电源指示灯会亮。电源按钮一般为红色。图 3 图 4 连接输出线电源按钮电源指示灯

波形选择（WAVE FORM ）控制低频信号发生器的输出波形。此按钮未按下去时为正弦波，按下去后为矩形波。中文意思为波形。在音频测试中应选择正弦波。（如上图6）振幅调节（AMPLITUDE ）此旋钮用来对信号幅度进行微调。顺时针为调大（MAX ），逆顺针为调小（MIN ）。如下图图 6 图 5 波形选择按钮衰减度选择 -20dB 档振幅微调旋钮图 7 交流电压 20V 档信号频率为50Hz

第四步骤：信号频率调节当调好低频信号发生器的信号电压时，我们还要调节信号发生器的信号频率。 1）频率调节（FREQUENCY ）频率调节旋钮上有刻度盘，刻度盘上的数值从10～100，我们调节时把刻度盘上的数值对准正上方的黑色标志，这个数值就是输出信号的基数值。Frequency 中文为频率的意思。（如上图9个琴键按钮，分别为×1、×10、×100、×1K 、×10K ，它们与频率旋钮配合使用。当按下其中的某一个时，表示频率旋钮上指示的基数值×此按钮的倍数。图 9 图 8 频率旋钮倍数选择

正弦信号发生器(2012)(DOC)

正弦信号发生器摘要：本系统以MSP430和DDS为控制核心，由正弦信号发生模块、功率放大模块、频率调制（FM）、幅度调制（AM）模块、数字键控（ASK，PSK）模块以及测试信号发生模块组成。采用数控的方法控制DDS芯片AD9851产生1kHz～10MHz正弦信号；经滤波、放大和功放模块达到正弦信号输出电压幅度 =6V±1V 并具有一定的驱动能力的功能；产生载波信号可设定的AM、FM信号；二进制基带序列码由CPLD产生，在100KHz固定载波频率下进行数字键控，产生ASK，PSK 信号且二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号可自行产生。关键词：DDS；宽频放大；模拟调频；模拟调幅。一、方案比较与论证 1.方案论证与选择（1）正弦信号产生部分方案一：使用集成函数发生器芯片ICL8038。 ICL8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波四种不同的波形，将他作为正弦信号发生器。它是电压控制频率的集成芯片，失真度很低。可输入不同的外部电压来实现不同的频率输出。为了达到数控的目的，可用高精度DAC来输出电压以控制正弦波的频率。方案二：锁相环频率合成器（PLL）锁相环频率合成器（PLL）是常用的频率合成方法。锁相环由参考信号源、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器几个部分组成。通过鉴相器获得输出的信号FO与输入信号Fi的相位差，经低通滤波器转换为相应的控制电压，控制VCO输出的信号频率，只有当输出信号与输入信号的频率于相位完全相等时，锁相环才达到稳定。如果在环路中加上分频系数可程控的分频器，即可获得频率程控的信号。由于输出信号的频率稳定度取决于参考振荡器信号fi ，参考信号fi 由晶振分频得到，晶振的稳定度相当高，因而该方案能获得频率稳定的信号。一般来说PLL的频率输出范围相当大，足以实现1kHz－10MHZ的正弦输出。如果fi＝100Hz 只要分频系数足够精细（能够以1步进），频率100Hz步进就可以实现。方案三：直接数字频率合成（DDS） DDS是一种纯数字化方法。它现将所需正弦波一个周期的离散样点的幅值数字量存入ROM中，然后按一定的地址间隔（相位增量）读出，并经DA转换器形成模拟正弦信号，再经低通滤波器得到质量较好的正弦信号，DDS原理图如图1所示：

数控高精度低频正弦信号发生器

高精度数控低频正弦信号发生器任务书一、任务设计一款基于AT89C51单片机和锁相技术的高精度数控低频正弦信号发生器。二、设计要求 1、基本要求 ⑴采用DDFS(直接数字频率合成)和锁相技术, 实现1Hz～1KHz 变化的正弦信号。 ⑵通过面板键盘控制输出频率，频率最小步进1Hz。 ⑶输出双极性。 ⑷用LED数码管实时显示波形的相关参数。 ⑸写出详细的设计报告，给出全部电路和源程序。 2、发挥部分 ⑴不改变硬件设计，将上限频率扩展到10KHz。 ⑵不改变硬件设计，扩展实现三角波和方波信号。 ⑶可通过PC机上的“虚拟键盘”，实现频率等参数的控制。 ⑷实现对幅度的控制。

高精度数控低频正弦信号发生器函数信号发生器作为一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学研究等领域[7]。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，因此是电子测试系统的重要部件，是决定电子测试系统性能的关键设备。它与示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的，也是得到最广泛应用的电子仪器之一。 1总体方案论证与设计数字式函数信号发生器的实现方案很多，主要有如下几种：方案一：采用微处理器和数模转换器直接合成的数字式函数信号发生器。这种信号发生器具有价格低，在低频X围内可靠性好，体积小，功耗低，使用方便等特点，它输出的频率是由微处理器向数模转换输出数据的频率和信号在一个周期内的采样点数（N）来决定的，因此受单片机的时钟频率的限制很大，如果单片机的晶振取12MHz，则单片机的工作频率为1MHz，若在一个周期内输出360个数据，则输出信号的频率理论上最高只能达到2777Hz。实际上单片机完成一次数据访问并输出到D/A电路，至少要5个机器周期，因此实际输出信号的频率只有500Hz 左右。即使增大晶振频率，减小一个周期内输出数据个数，在稍高的频率下输出的波形频率误差也是很大的，而且计算烦琐，软件编程麻烦，控制不方便。方案二：利用单片机与精密函数发生器构成的程控信号发生器。这种信号发生器能够克服常规信号发生器的缺陷，保证在某个信号的频带内正弦波的失真度小于0.5％。它的输出信号频率调整和幅值调整都由单片机完成。但是，由于数模转换器的非线性误差和函数发生器本身的非线性误差，这种信号发生器输出信号的频率与理论值会有一定的偏差。方案三：利用DSP处理器，根据幅值，频率参数，计算产生高精度的信号所需数据表，经数模转换后输出，形成需要的信号波形。这种信号发生器可实现程控调幅，调频。但这种信号发生器输出频率不能连续可调，计算烦琐，控制也不便。方案四：基于单片机，锁相环，可编程分频、相位累加、存储器波形存储以及D/A转换器等组成的数字式函数信号发生器。输出的频率的大小由锁相环和可编程计数器来控制，最终由地址发生器对存储器中的波形数据硬件扫描，单片机提供要输出的波形数据给存储器。这种方案电路简洁，不受单片机的时钟频率的限制，输出信号精度高，频率“连续”，稳定性好，可靠性高，功耗低，调频，调幅都很方便，而且可简化软件设计，实现模块化设计的要求。综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。其系统组成原理框图如图1所示。

信号发生器分析报告

信号发生器报告

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基于虚拟仪器的信号发生器的设计【摘要】虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。本次设计主要是阐述虚拟信号发生器的前面板和程序框图的设计。设计完的信号发生器的功能包括能够产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波四种信号波形；波形的频率、幅值、相位、偏移量及占空比等参数由前面板控件实时可调。【关键词】虚拟仪器，信号发生器，LABVIEW 引言信号发生器作为科学实验必不可少的装置，被广泛地应用到教学、科研等各个领域。高等学校特别是理工科的教学、科研需要大量的仪器设备，例如信号源、示波器等，常用仪器都必须配置多套，但是有些仪器设备价格昂贵，如果按照传统模式新建或者改造实验室投资巨大，造成许多学校仪器设备缺乏或过时陈旧，严重影响教学科研。如果运用虚拟仪器技术构建系统，代替常规仪器、仪表，不但可以满足实验教学的需要、节约大量的经费、降低实验室建设的成本，而且能够提高教学科研的质量与效率。 1．信号发生器的发展信号发生器是一种悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数

低频正弦信号发生器

任务书一、毕业设计（论文）题目：低频正弦信号发生器二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：年月日起至年月日止三、毕业设计（论文）进行地点： 11栋506 四、任务书的内容：目的：任务：低频正弦信号发生器工作日程安排：设计（论文）要求： 1、基本要求（1）实现1Hz-1KHz变化的正弦信号。（2）通过面板键盘控制输出频率，频率最小步进1Hz。（3）输出双极性。（4）用LED数码管实时显示波形的相关参数。 2、发挥部分（1）不改变硬件设计，将上限频率扩展到10KHz。（2）不改变硬件设计，扩展实现三角波和方波信号。（3）可通过ＰＣ机上的“虚拟键盘”，实现频率等参数的控制。（4）实现对幅度的控制。

主要参考文献：１、周雪模拟电子技术（修订版）西安电子科技大学出版２、杨志中数字电子技术（第二版）高等教育出版社３、张澄高频电子电路人民邮电出版社４、张志良单片机原理与控制技术（第二版）机械工业出版社５、张大明单片微机控制应用技术西安电子科技大学出版社学生开始执行任务书日期 200 年月日指导教师签名：年月日学生送交毕业设计（论文）日期： 200 年月日教研室主任签名：年月日学生签名：年月日

目录 1方案论证.................................................. 错误！未定义书签。 1.1信号发生.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1方案一.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1.2方案二.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2模拟频率调制.................................................................................. 错误！未定义书签。 1.2.1方案一.......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2.2方案二.......................................................................................... 错误！未定义书签。2系统模块硬件电路分析. (4) 2.1 CPU控制模块 (4) 2.1.1 CPU选择 (4) 2.1.2简单的小系统控制板介绍 (5) 2.2 16*2字符型带背光液晶显示模块 (8) 2.3 驱动电路的模块............................................................................. 错误！未定义书签。 2.3.1行驱动管74HC4953..................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.2译码器.......................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.3列驱动.......................................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.4总线驱动器.................................................................................. 错误！未定义书签。3本系统LED显示屏信号的了解................................ 错误！未定义书签。 3.1 CLK时钟信号.................................................................................. 错误！未定义书签。 3.2 STB锁存信号.................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 EN使能信号.................................................................................... 错误！未定义书签。 3.4数据信号.......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.5 ABCD行信号.................................................................................... 错误！未定义书签。4电路与程序设计............................................ 错误！未定义书签。 4.1硬件电路的设计.............................................................................. 错误！未定义书签。 4.1.1系统总体框图（图7）............................................................... 错误！未定义书签。 4.2程序设计思路框图（图8）........................................................... 错误！未定义书签。5调试过程 (13) 6 设计总结 (14) 附件1 电路图 (15) 附件1.1主控板:AT89S52单片机原理图（图9） (15) 附件1.2主控板:AT89S52单片机PCB图（图10） (15) 附件1.3点阵显示屏原理图................................................................. 错误！未定义书签。附件1.4 4x4键盘原理图(图12) (15) 附件1.5 4x4键盘PCB图（图13） (17) 附件2 源程序............................................... 错误！未定义书签。附件2.1主程序.......................................... 错误！未定义书签。附件2.2点阵显示程序.................................... 错误！未定义书签。附件2.3按钮扫描程序.................................... 错误！未定义书签。

信号发生器设计---实验报告

信号发生器设计一、设计任务设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。二、设计要求基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数）～三、设计方案信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。图1 信号发生器组成框图主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。

图2 方波和三角波产生电路图3 比较器传输特性和波形利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。（差模传输特性）其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注应接近晶体意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V m 管的截止电压值。图4 三角波→正弦波变换电路

图5 三角波→正弦波变换关系在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2调整电路的对称性，并联电阻R E2用来减小差分放大器的线性区。C 1、C 2、C 3为隔直电容，C 4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。取Ic2上面的电流（看输出）波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。(n>3) ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p 。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r ～和r △；表征方波特性的参数是上升时间t r 。四、电路仿真与分析实验仿真电路图如图

正弦波函数信号发生器

电子技术课程设计报告电子技术课程设计报告——正弦波函数信号发生器的设计作品40% 报告 20% 答辩 20% 平时 20% 总分 100% 设计题目：班级：班级学号：学生姓名：

目录一、预备知识 (1) 二、课程设计题目：正弦波函数信号发生器 (2) 三、课程设计目的及基本要求 (2) 四、设计内容提要及说明 (3) 4.1设计内容 (3) 4.2设计说明 (3) 五、原理图及原理 (8) 5.1功能模块电路原理图 (9) 5.2模块工作原理说明 (10) 六、课程设计中涉及的实验仪器和工具 (12) 七、课程设计心得体会 (12) 八、参考文献 (12)

一、预备知识函数发生器是一种在科研和生产中经常用到的基本波形生产期，现在多功能的信号发生器已经被制作成专用的集成电路，在国内生产的8038单片函数波形发生器，可以产生高精度的正弦波、方波、矩形波、锯齿波等多种信号波，这中产品和国外的lcl8038功能相同。产品的各种信号频率可以通过调节外接电阻和电容的参数进行调节，快速而准确地实现函数信号发生器提供了极大的方便。发生器是可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。顾名思义肯定可以产生函数信号源，如一定频率的正弦波，有的可以电压输出也有的可以功率输出。下面我们用简单的例子，来说明函数信号发生器原理。 (a) 信号发生器系统主要由下面几个部分组成：主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器(输出变压器)和指示电压表。 (b) 工作模式：当输入端输入小信号正弦波时，该信号分两路传输，其一路径回路，完成整流倍压功能，提供工作电源;另一路径电容耦合，进入一个反相器的输入端，完成信号放大功能。该放大信号经后级的门电路处理，变换成方波后经输出。输出端为可调电阻。 (c) 工作流程：首先主振级产生低频正弦振荡信号，信号则需要经过电压放大器放大，放大的倍数必须达到电压输出幅度的要求，最后通过输出衰减器来直接输出信号器实际可以输出的电压，输出电压的大小则可以用主振输出调节电位器来进行具体的调节。它一般由一片单片机进行管理，主要是为了实现下面的几种功能： (a) 控制函数发生器产生的频率; (b) 控制输出信号的波形; (c) 测量输出的频率或测量外部输入的频率并显示; (d) 测量输出信号的幅度并显示; (e) 控制输出单次脉冲。查找其他资料知：在正弦波发生器中比较器与积分器组成正反馈闭环电路，方波、三角波同时输出。电位器与要事先调整到设定值，否则电路可能会不起振。只要接线正确，接通电源后便可输出方波、三角波。微调Rp1，使三角波的输出幅度满足设计要求，调节Rp2，则输出频率在对应波段内连续可变。调整电位器及电阻，可以使传输特性曲线对称。调节电位器使三角波的输出幅度经R输出等于U值，这时输出波形应接近正弦波，调节电位器的大小可改善波形。因为运放输出级由PNP型与NPN型两种晶体管组成复合互补对称电路，输

正弦波信号发生器设计(课设)

课程设计I(论文)说明书 (正弦波信号发生器设计) 2010年1月19日

摘要正弦波是通过信号发生器，产生正弦信号得到的波形，方波是通过对原信号进行整形得到的波形。本文主要介绍了基于op07和555芯片的正弦波-方波函数发生器。以op07和555定时器构成正弦波和方波的发生系统。Op07放大器可以用于设计正弦信号，而正弦波可以通过555定时器构成的斯密特触发器整形后产生方波信号。正弦波方波可以通过示波器检验所产生的信号。测量其波形的幅度和频率观察是否达到要求，观察波形是否失真。关键词：正弦波方波 op07 555定时器

目录引言 (2) 1 发生器系统设计 (2) 1.1系统设计目标 (2) 1.2 总体设计 (2) 1.3具体参数设计 (4) 2 发生器系统的仿真论证 (4) 3 系统硬件的制作 (4) 4 系统调试 (5) 5 结论 (5) 参考文献 (6) 附录 (7) 1

引言正弦波和方波是在教学中经常遇到的两种波形。本文简单介绍正弦波和方波产生的一种方式。在这种方式中具体包含信号发生器的设计、系统的论证、硬件的制作，发生器系统的调制。 1、发生器系统的设计 1.1发生器系统的设计目标设计正弦波和方波发生器，性能指标要求如下： 1）频率范围100Hz-1KHz ； 2）输出电压p p V ->1V ； 3）波形特性：非线性失真~γ<5%。 1.2总体设计（1）正弦波设计：正弦波振荡电路由基本放大电路、反馈网络、选频网络组成。

2 图1.1 正弦波振荡电路产生的条件是要满足振幅平衡和相位平衡，即AF=1； φa+φb=±2nπ；A=X。/Xid; F=Xf/X。；正弦波振荡电路必须有基本放大电路，本设计以op07芯片作为其基本放大电路。基本放大电路的输出和基本放大电路的负极连接电阻作为反馈网络。反馈网络中两个反向二极管起到稳压的作用。振荡电路的振荡频率f0是由相位平衡条件决定的。一个振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这要求AF环路中包含一个具有选频特性的选频网络。f0=1/2πRC。要实现频率可调，在电容C不变的情况下电阻R可调就可以实现频率f0的变化。（2）方波设计：方波可以把正弦波通过斯密特触发器整形后产生。基于555定时器接成的斯密特触发器。设斯密特触发器输出波形为V1，V2且V1>V2。输入正弦波v1从0逐渐升高的过程：v1<1/3Vcc时，输出v0=V1；当1/3Vcc2/3Vcc时，v0=V2；输入正弦波v1从高于2/3Vcc开始下降的过程：当1/3Vcc

实验1 示波器函数信号发生器的原理及使用(实验报告之实验数据表)

实验1 示波器、函数信号发生器的原理及使用【实验目的】 1. 了解示波器、函数信号发生器的工作原理。 2. 学习调节函数信号发生器产生波形及正确设置参数的方法。 3. 学习用示波器观察测量信号波形的电压参数和时间参数。 4. 通过李萨如图形学习用示波器观察两个信号之间的关系。【实验仪器】 1. 示波器DS5042型，1台。 2. 函数信号发生器DG1022型，1台。 3. 电缆线（BNC 型插头），2条。【实验内容与步骤】 1. 利用示波器观测信号的电压和频率（1）参照“实验1 示波器函数信号发生器的原理及使用（实验指导书）”相关内容，产生如图1-1所示的正余弦波形，显示在示波屏上。图1-1 函数信号发生器生成的正、余弦信号的波形学生姓名/学号指导教师上课时间第周节

（2）用示波器对图1-1中所示的正余弦波形进行测量并填写下表表1-1 正余弦信号的电压和时间参数的测量电压参数（V）时间参数峰峰值最大值最小值频率（Hz）周期（ms）正弦信号 3sin(200πt) 余弦信号 3cos(200πt) 2. 用示波器观测函数信号发生器产生的正余弦信号的李萨如图形（1）参照“实验1 示波器函数信号发生器的原理及使用（实验指导书）”相关内容，产生如图1-2所示的正余弦波形的李萨如图形，调节并正确显示在示波屏上。图1-2 正弦信号3sin(200πt)和余弦信号3cos(200πt)的李萨如图形 3. 观测相同幅值、相同频率、不同相位差条件下的两正弦信号的李萨如图形（1）在函数信号发生器CH1通道产生的正弦信号3sin(200πt)保持不变的情况下，调节函数信号发生器CH2通道产生正弦信号3sin(200πt+45o)，观测并记录两正弦信号的李萨如图形于图1-3中。（2）在函数信号发生器CH1通道产生的正弦信号3sin(200πt)保持不变的情况下，调节函数信号发生器CH2通道产生正弦信号3sin(200πt+135o)，观测并记录两正弦信号的李萨如图形于图1-3中。

基于单片机的低频信号发生器设计

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/1418926661.html, 基于单片机的低频信号发生器设计作者：任小青王晓娟田芳来源：《现代电子技术》2014年第16期摘要：主要介绍以AT89C51单片机为核心部件的低频信号发生器的设计方法及工作原理。系统采用单片机扩展外部存储器和DAC接口技术，简化了仪器硬件设计。通过波形选择电路读取波形信号经离散化处理之后的波代码，并通过D/ A 转换，还原成所需要的波形。通过改变存储器输出波代码的速度来调节输出信号的频率，改变放大器的放大倍数来调节输出信号的幅值。此外还讨论了波形离散化处理方法及数据采样点数与存储容量的关系，并给出了系统结构图和软件框图。关键词：低频信号；数据离散化；幅值；典型信号中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）16?0014?04 Design on low?frequency signal generator based on SCM REN Xiao?qing1， WANG Xiao?juan1， TAN Fang2 （1. School of Mechanical Engineering， Qinghai University， Xining 810016， China； 2. Modern Education Technology Center， Qinghai University， Xining 810016， China） Abstract： The design approach and working principle of a low?frequency signal generator based on AT89C51 are introduced. The hardware design was simplified by using external memory extended with SCM and DAC interface technology. The wave code after discretization processing of waveform signal is read out though a waveform selection circuit， and reverted to the needed waveform by the D/A converter. The output signal frequency is adjusted by changing the wave code output speed of the memory. The amplitude is adjusted by changing the magnification of the amplifier. The waveform discretization processing method， and the relation between data sampling number and storage capacity are discussed. The system structure chart and software flow chart are given. Keywords： low?frequency signal； data discretization； amplitude； typical signal 0 引言在工业测量控制系统的开发过程中，常需要采用信号发生器为控制系统提供输入信号来模拟实际输入，并根据输出的频率响应特性来对系统进行调校。该系统不但能提供多种波形信号，而且信号的频率和幅值的大小也很容易控制。用它来模拟多种工况下的真实输入信号，以达到降低开发成本、提高项目开发效率的目的。本文介绍了以AT89C51单片机为控制核心

函数信号发生器与示波器的使用实验报告书

函数信号发生器与示波器的使用实验报告书专业：班级：学号：姓名：实验时间：实验目的 1、学会数字合成函数信号发生器常用功能的设置、使用； 2、会从函数信号发生器胡频率计上读出信号频率； 3、在了解数字双踪示波器显示波形的工作原理基础上，观察并测量以下信号：(见下表)学会数字示波器的基本操作与读书；实验仪器 F40函数信号发生器、UTD2102CE数字示波器、探头。实验原理 1、函数信号发生器的原理

该仪器采用直接数字合成技术，可以输出函数信号、调频、调幅、FSK、PSK、猝发、频率扫描等信号，还具有测频、计数、任意波形发生器功能。 2、示波器显示波形原理如果在示波器CH1或CH2端口加上正弦波，在示波器的X 偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦波电压相等时，则显示完整的周期的正弦波形，若在示波器CH1和YCH2同时加上正弦波，在示波器的X偏转板上加上示波器的锯齿波，则在荧光屏上将的到两个正弦波。实验内容 1、做好准备工作，连接实验仪器电路，设置好函数信号发生器、示波器；（1）、把函数信号发生器的“函数输出”输出端与示波器的 X CH1信号输入端连接，两台仪器的接通220V交流电源。（2）、启动函数信号发生器，开机后仪器不需要设置，短暂时间后，即输出10K Hz的正弦波形。（3）、需要信号源的其他信号，到时在进行相关的数据设定（如正弦波2的波形、频率、点频输出、信号幅度）等。 2、用示波器观察上表中序号1的信号波形（10KHz）；过程如下：（1）、打开示波器的电源开关，将数字存储示波器探头连接到CH1输入端，按下“AUTO”按键，示波器将自动设置垂直偏转系数、扫描时基以及触发方式；按下CH1按键。