基于单片机的多波形信号发生器设计
多波形函数信号发生器方案
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目录 1 引言.......................................................... - 1 - 2函数信号发生器设计要求及过程.................................. - 2 - 2.1函数信号发生器设计要求 (2) 2.2函数信号发生器电路设计的基本原理 (2) 2.3运算放大器的介绍 (3) 2.3.1迟滞电压比较器......................................... - 3 - 2.3.2 积分电路.............................................. - 5 - 2.4差分放大器的介绍 (6) 3总体电路设计 (7) 3.1方波—三角波产生电路的设计 (7) 3.2三角波—正弦波变换电路的设计 (11) 4.1EWB软件的简介 (15) 4.1.1 EWB软件的概述........................................ - 15 - 4.1.2 EWB软件的基本操作方法................................ - 15 - 4.2函数信号发生器的仿真过程及结果 (16) 4.2.1使用EWB对电路进行设计和实验仿真的基本步骤............. -16 - 4.2.2方波—三角波信号发生器电路的装调及仿真结果............ - 16 - 4.2.3三角波—正弦波变换电路的装调和仿真.................... - 17 - 结论........................................................... - 20 - 参考文献 信号发生器概述 凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。 信号源是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数，而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。 信号源的分类和作用 信号源有很多种分类方法，其中一种方法可分为混和信号源和逻辑信号源两种。其中混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输出数字码形。混和信号源又可分为函数信号发生器和任意波形/函数发生器，其中函数信号发生器输出标准波形，如正弦波、方波等，任意波/函数发生器输出用户自定义的任意波形；逻辑信号发生器又可分为脉冲信号发生器和码型发生器，其中脉冲信号发生器驱动较小个数的的方波或脉冲波输出，码型发生器生成许多通道的数字码型。如泰克生产的AFG3000系列就包括函数信号发生器、任意波形/函数信号发生器、脉冲信号发生器的功能。 另外，信号源还可以按照输出信号的类型分类，如射频信号发生器、扫描信号发生器、频率合成器、噪声信号发生器、脉冲信号发生器等等。信号源也可以按照使用频段分类，不同频段的信号源对应不同应用领域。 下面我们将对函数信号发生器和任意波形/函数发生器做简要介绍： 1、函数信号发生器 函数发生器是使用最广的通用信号源，提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形，有的还同时具有调制和扫描功能。 函数波形发生器在设计上分为模拟式和数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源（DDS）无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟式，其锁相环（PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动（phaseJitter）及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但数字式信号源中，数字电路与模拟电路之间的干扰始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器，如今市场上的大部分函数信号发生器均为DDS信号源。 2、任意波形发生器 任意波形发生器，是一种特殊的信号源，不仅具有一般信号源波形生成能力，而且可以仿真实际电路测试中需要的任意波形。在我们实际的电路的运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种缺陷信号和瞬变信号，如果在设计之初没有考虑这些情况，有的将会产生灾难性后果。任意波发生器可以帮您完成实验，仿真实际电路，对您的设计进行全面的测试。 由于任意波形发生往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过专用的波 内蒙古工业大学本科生毕业设计(论文)开题报告 注：表格根据所填内容可进行调整，可多页。 一、设计总体方案 利用AT89S52 单片机采用程序设计方法产生锯齿波，正弦波，矩形波，方波四种波形，再通过D/A 转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控四种波形的类型，频率变化，最终输出显示其各自的类型及数值 图4.1 硬件原理框图 二．硬件各单元电路方案设计与选择 1、单片机的选择 方案一：AT89S52芯片中只有一路模拟输出或几路模拟信号非同步输出，这种情况下CPU对DAC0832 执行一次写操作，则把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。输出波形稳定，精度高，滤波好，抗干扰效果好，连接简单，性价比高。 方案二：C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，而且执行速度快。但其价格较贵 方案三：采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。 以上两种方案综合考虑，选择方案一 2.键盘设计方案比较 方案一：矩阵式键盘。矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处。当键盘上没有键闭合时，所有的行和列线都断开，行线都呈高电平。当某一个键闭合时，该键所对应的行线和列线被短路。 方案二：独立式键盘。独立式键盘具有硬件与软件相对简单的特点，其缺点是按键数量较多时，要占用大量口线。 以上两种方案综合考虑，选择方案二。 3、D/A转换部分 数字信号处理（DSP） 综合设计性实验报告 学院：电子信息工程学院 班级：自动化 指导教师： 学生： 北京交通大学电工电子教学基地 2014年9月20日 目录 一实验目的 (3) 二实验技术指标与设计要求 (3) 三实验原理 (3) 四实验操作 (4) 五程序设计 (10) 六硬件输出演示 (16) 七实验感想与体会 (22) 八参考文献 (23) 一 实验目的 1 掌握多波形信号发生器的DSP 设计可使学生更加透彻的理解和应用奈奎斯特采样定理，提 高学生系统地思考问题和解决问题的能力。 2 通过对DSP 信号处理器及D/A 转换器的编程，可以培养学生C 语言编程能力以及使用DSP 硬件平台实现数字信号处理算法的能力。 3 学习并掌握使用DSP 产生正弦波、方波、三角波、锯齿波灯信号的原理和算法，并利用GEL 文件实现频率和幅度的自动可调。 4 掌握利用CCS 建立工程、编译与调试代码的基本过程，可以在软件中观察图形及变量，并利用硬件进行输出显示。 5 掌握产生多种波形的理论方法，并比较产生信号的两种主要方法（查表发和计算法）的优缺点。 二 实验技术指标与设计要求 1 基本部分 1) 使用DSP 产生300—16000Hz 的正弦、方波、锯齿波和三角波信号，输出信号的幅度从 0~1VRMS （有效值）。要求使用计算法，并且频率可变、幅度可变。 2) 调节信号的频率和幅度时不能中断程序的运行。（提示：可以使用CCS 下的GEL 语言实现此功能） 2 发挥部分 在实验板的信号输出端分别接入16欧姆和32欧姆负载电阻，信号仍然保持空载时所设定的 输出幅度。 三 实验原理 1 产生连续的波形的方法主要有以下两种方法： 1）查表法：把事先将需要输出的数据计算好，存储在DSP 中，然后依次输出就可以了。查表法的优点是速度快，可以产生频率较高的波形，而且不占用DSP 的计算时间；查表法的缺点是在于需要占用DSP 的内部的存储空间，尤其对采样频率比较大的输出波形，这样,需要占用的内部的空间将更大，而DSP 内部的存储空间毕竟有所限制。这使得查表法的应用场合十分有限。 2）计算法：计算法可以使用泰勒级数展开法进行计算，也可以使用差分方程进行迭代计算或者直接使用三角函数进行计算。计算结果可以边计算边输出，也可以先计算后输出。计算法的使用比查表法灵活。计算法的优缺点正好和查表法相反。即：其优点是不占用DSP 的存储空间，其缺点是占用DSP 的计算时间，使得执行程序的开销变大。 本实验将用第二种方法即计算法产生一个正弦波信号，从DA 输出。正弦函数和余弦函数的泰勒级数数学表达式为： =x sin +-+-+-+---)1(121 9753x x x x x x n n ,x ?),(∞-∞∈ 函数波形发生器设计 摘要 函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差分放大器形成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。 经过仿真得出了方波、三角波、正弦波、方波——三角波转换及三角波——正弦波转换的波形图。 关键字：函数信号发生器、集成运算放大器、晶体管差分放 设计目的、意义 1 设计目的 （1）掌握方波—三角波——正弦波函数发生器的原理及设计方法。 （2）掌握迟滞型比较器的特性参数的计算。 （3）了解单片集成函数发生器8038的工作原理及应用。 （4）能够使用电路仿真软件进行电路调试。 2 设计意义 函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。 在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。 设计内容 1 课程设计的内容与要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 1.1课程设计的内容 （1）该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波。 （2）函数发生器以集成运放和晶体管为核心进行设计 （3）指标： 输出波形：正弦波、三角波、方波 频率范围：1Hz~10Hz，10Hz~100Hz 输出电压：方波VP-P≤24V，三角波VP-P=8V，正弦波VP-P＞1V； （4）对单片集成函数发生器8038应用接线进行设计。 1.2课程设计的要求 （1）提出具体方案 （2）给出所设计电路的原理图。 （3）进行电路仿真，PCB设计。 2 函数波形发生器原理 2.1函数波形发生器原理框图 图2.1 函数发生器组成框图 南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 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 p-p =6V，正弦波U p-p>1V。 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），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。 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。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 应接近晶体管的截止电压值。 m 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。 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。 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 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/16225665.html, 基于51单片机的函数信号发生器的设计 作者：朱兆旭 来源：《数字技术与应用》2017年第02期 摘要：本文所设计的系统是采用AT89C51单片机和D/A转换器件DAC0832产生所需不 同信号的低频信号源，AT89C51 单片机作为主体，采用D/A转换电路、运放电路、按键和LCD液晶显示电路等，按下按键控制生成方波、三角波、正弦波，同时用LCD显示相应的波形，输出波形的周期可以用程序改变，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。 关键词：51单片机；模数转换器；信号发生器 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0011-01 1 前言 波形发生器，是一种作为测试用的信号源，是当下很多电子设计要用到的仪器。现如今是科学技术和设备高速智能化发展的科技信息社会，集成电路发展迅猛，集成电路能简单地生成各式各样的波形发生器，将其他信号波形发生器于用集成电路实现的信号波形发生器进行对比，波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，集成电路实现的信号波形发生器都胜过一筹，随着单片机应用技术的不断成长和完善，导致传统控制与检测技术更加快捷方便。 2 系统设计思路 文章基于单片机信号发生器设计，产生正弦波、方波、三角波，连接示波器，将生成的波形显示在示波器上。按照对作品的设计研究，编写程序，来实现各种波形的频率和幅值数值与要求相匹配，然后把该程序导入到程序存储器里面。 当程序运行时，一旦收到外界发出的指令，要求设备输出相应的波形时，设备会调用对应波形发生程序以及中断服务子程序，D/A转换器和运放器随之处理信号，然后设备的端口输出该信号。其中，KEY0为复位键，KEY1的作用是选择频率的步进值，KEY2的作用是增加频 率或增加频率的步进值，KEY3的作用是减小频率或减小频率的步进值，KEY4的作用是选择三种波形。103为可调电阻，用于幅值的调节。自锁开关起到电源开关的作用。启动电源，程序运行的时候，选择正弦波，红色LED灯亮起；选择方波，黄色LED灯亮起；选择三角波，绿色LED灯亮起。函数信号发生器频率最高可达到100Hz，最低可达到10Hz，步进值0.1- 10Hz，幅值最高可到3.5V。系统框图如图1所示。 3 软件设计 多波形函数信号发生器 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: 电子课程设计 设计题目：多波型信号发生器 系部:信息工程学院 专业:电子信息工程 班级:13０1班 学号：8 姓名:高旭 指导老师：陈亮 目录 一设计要求 (3) 二总体概要设计 (3) 三各单元模块设计与分析······························································································４ ３.1 正弦波发生 器 (4) 3.1.1 RＣ桥式振荡 器····························································································４ 3．2方波转化电 路 (6) 3.2.１５5５定时 片································································································６ 3.2.2由5５5芯片构成的施密特触发 器 (7) 3.2.3方波幅度调节电 路 (8) 3.３三角波转化电路 (8) 3.３.1RC无源积分器 (8) 3.3.2自举电路反相放大器················································································９ 四总电路图 (10) 湖南文理学院课程设计报告 课程名称：电子技术课程设计 教学院部：电气与信息工程学院 专业班级：通信工程08101班 学生姓名：林洪湖（200816020143） 指导教师：邱德润 完成时间：2010 年6月25日 报告成绩： 目录 1.绪论 (3) 信号发生器现状 (3) 2.系统设计 (3) 控制芯片的选择 (4) 3.硬件电路的设计 (4) 3.1基本原理： (4) 3.2各部分电路原理 (8) 4.软件设计 (14) 4.1主程序流程图 (14) 4.2子程序流程图 (15) 5.测试结论 (18) 5.1软件仿真结果 (19) 5.2硬件测试结果 (21) 参考文献 (21) 多波形信号发生器设计 1.绪论 1.1信号发生器现状 波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。 本次用要用到的有函数发生器5G8038、集成振荡器E1648、集成定时器555/556. 2.系统设计 2.1系统方案 方案：采用函数信号发生器5G8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。 目录 摘 要 (2) Abstract (3) 1 绪论 (4) 1.1概述 (4) 1.2选题的目的、意义 (4) 1.3 选题的背景 (5) 1.4 本文所研究的内容 (6) 2 波形信号发生器的原理及方案选择 (7) 2.1任意波形信号发生器的原理 (7) 2.1.1 直接模拟法 (7) 2.1.2 直接数字法 (7) 2.2 任意波形发生器的设计方案 (9) 2.2.1 查表法 (9) 2.2.2计算法 (9) 2.2.3传统方法 (10) 3 基于DSP 5416的任意波形信号发生器的软件设计 (12) 3.1 TMS320C5416的开发流程 (12) 3.2软件开发环境 (13) 3.3任意波形信号发生器的软件编程 (14) 3.3.1 计算法实现波形输出 (14) 3.3.2 D/A转换 (15) 3.3.3波形控制及软件设计流程图 (16) 3.4参数的设定 (18) 4 基于DSP 5416的任意波形信号发生器的硬件设计 (20) 4.1 TMS320VC5416开发板 (20) 4.2 TMS320VC5416实验箱的连接 (23) 4.3 波形信号发生器的硬件测试过程 (23) 5 任意波形信号发生器展望 (28) 结束语 (29) 致谢 (30) 参考文献 (31) 摘 要 任意波形发生器是信号源的一种，它是具有信号源所具有的特点，更因它高的性能优势而倍受人们青睐。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 随着无线电应用领域的扩展，针对广播、电视、雷达、通信的专用信号发生器获得了长足的发展，表现在载波调制方式的多样化，从调幅、调频、调相到脉冲调制。如果采用多台信号发生器获得测量信号显然是很不方便的。因此需要任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator，AWG），使其能够产生任意频率的载频信号和多种载波调制信号。 目前我国已经开始研制任意波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国任意波形发生器还没有形成真正的产业。并且我国目前在任意波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。 本文主要工作分为以下几个方面：首先，介绍研制任意波形信号发生器的目的、意义、背景，以及利用CCS仿真工具用软件实现任意波形信号发生器的的过程 ；之后，对硬件的连接及测试结果作介绍；最后，简要的对任意波形信号发生器的未来作一下展望。 关键词：DSP，任意波形信号发生器,DDS 基于51单片机的信号发生器设计报告 二零一四年十二月十一日 摘要 根据题目要求以及结合实际情况，本文采用一种以AT89C51单片机为核心所构成的波形发生器，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的频率可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。本设计经过测试，性能和各项指标基本满足题目要求。 关键词：信号发生器 DAC0832芯片 LM358运放 89C51芯片 目录 摘要...................................................................... 目录...................................................................... 第一章绪论................................................................. 1.1单片机概述........................................................... 1.2信号发生器的概述和分类.............................................. 1.3问题重述及要求....................................................... 第二章方案的设计与选择................................................... 2.1方案的比较........................................................... 2.2设计原理 ............................................................. 2.3设计思想 ............................................................. 2.4实际功能 ............................................................. 第三章硬件设计............................................................ 3.1硬件原理框图......................................................... 3.2主控电路 ............................................................. 3.3数、模转换电路....................................................... 3.4按键接口电路......................................................... 3.5时钟电路 ............................................................. 3.6显示电路 ............................................................. 第四章软件设计............................................................ 4.1程序流程图........................................................... 参考文献.................................................................... 附录1 电路原理图 .......................................................... 附录2 源程序............................................................... 附录3 器件清单...................................................... 信号发生器报告 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 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 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 课程设计(论文)任务书 电气学院电力系统及其自动化专业12（1 ）班 一、课程设计(论文)题目：简易信号发生器设计 二、课程设计(论文)工作自 2015年1 月12 日起至2015 年 1月16 日止。 三、课程设计(论文) 地点:电气学院机房 10-303 四、课程设计(论文)内容要求： 1．课程设计的目的 （1）综合运用单片机原理及应用相关课程的理论知识和实际应用知识，进行单片机应用系统电路及程序设计，从而使这些知识得到进一步的巩固，加深和发展；（2）熟悉和掌握单片机控制系统的设计方法，汇编语言程序设计及proteus 软件的使用； （3）通过查阅图书资料、以及书写课程设计报告可提高综合应用设计能力，培养独立分析问题和解决问题的能力。 2．课程设计的内容及任务 （1）可产生频率可调的正弦波（64个点）、方波、锯齿波或三角波。 （2）显示出仿真波形。 （3）通过按键选择输出波形的种类。 （4）在此基础上使输出波形的幅值可控。 3.课程设计说明书编写要求 （1）设计说明书用A4纸统一规格，论述清晰，字迹端正，应用资料应说明出处。（2）说明书内容应包括（装订次序）：题目、目录、正文、设计总结、参考文献等。应阐述整个设计内容，要重点突出，图文并茂，文字通畅。 （3）报告内容应包括方案分析;方案对比;整体设计论述;硬件设计（电路接线，元器件说明，硬件资源分配）;软件设计（软件流程，编程思想，程序注释，） 调试结果;收获与体会;附录（设计代码放在附录部分，必须加上合理的注释）（4） 学生签名： 2015年1月16 日 课程设计(论文)评审意见 （1）总体方案的选择是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）（2）程序仿真能满足基本要求；满足（）、较满足（）、基本满足（）（3）设计功能是否完善；完善（）、较完善（）、基本完善（）（4）元器件选择是否合理；合理（）、较合理（）、基本合理（）（5）动手实践能力；强（）、较强（）、一般（）（6）学习态度；好（）、良好（）、一般（）（7）基础知识掌握程度；好（）、良好（）、一般（）（8）回答问题是否正确；正确（）、较正确（）、基本正确（）、不正确（） （9）程序代码是否具有创新性；全部（）、部分（）、无（） （10）书写整洁、条理清楚、格式规范；规范（）、较规范（）、一般（）总评成绩优（）、良（）、中（）、及格（）、不及格（） 评阅人： 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 《电子技术课程设计》 题目：多功能信号发生器 院系：电子信息工程 专业：xxxxxxxx 班级：xxxxxx 学号：xxxxxxxx 姓名：xxx 指导教师：xxx 时间：xxxx-xx-xx 电子电路设计 ——多功能信号发生器目录 一..课程设计的目的 二课程设计任务书(包括技术指标要求) 三时间进度安排(10周~15周) a.方案选择及电路工作原理； b.单元电路设计计算、电路图及软件仿真； c.安装、调试并解决遇到的问题； d.电路性能指标测试； e.写出课程设计报告书； 四、总体方案 五、电路设计 (1)8038原理, LM318原理, (2)性能\特点及引脚 (3)电路设计,要说明原理 (4)振动频率及参数计算 六电路调试 要详细说明(电源连接情况, 怎样通电\ 先调试后调试,频率调试幅度调试波行不稳调试 七收获和体会 一、课程设计的目的 通过对多功能信号发生器的电路设计，掌握信号发生器的设计方法和测试技术，了解了8038的工作原理和应用，其内部组成原理，设计并制作信号发生器能够提高自己的动手能力，积累一定的操作经验。在对电路焊接的途中，对一些问题的解决能够提高自己操作能力随着集成制造技术的不断发展，多功能信号发射器已经被制作成专用的集成电路。这种集成电路适用方便，调试简单，性能稳定，不仅能产生正弦波，还可以同时产生三角波和方波。它只需要外接很少的几个元件就能实现一个多种波、波形输出的信号发生器。不仅如此，它在工作时产生频率的温度漂移小于50×10-6／℃;正弦波输出失真度小于1％,输出频率范围为0.01Hz~300kHz;方波的输出电压幅度为零到外接电源电压。因此，多功能信号发生器制作的集成电路收到了广泛的应用。 二、课程设计任务书(包括技术指标要求) 任务：设计一个能产生正弦波、方波、三角波以及单脉冲信号发生器。 要求： 1．输出频率为f=20Hz~5kHz的连续可调正弦波、方波和三角波。 2．输出幅度为5V的单脉冲信号。 3．输出正弦波幅度V o= 0~5V可调，波形的非线性失真系数γ≤ EDA课程设计 任 意 波 形 信 号 发 生 器 姓名: 陈冲 班级: 07通信工程 指导老师：孙惠章 目录 一.简述 (3) 二.设计性能要求 (3) 三.系统框图 (3) 四.系统电路图 (3) 五.基本工作原理 (4) 六. 单元电路模块源程序及功能 (5) 七.系统仿真波形 (10) 八.引脚锁定 (11) 九.实验结果及硬件验证 (11) 十．实验心得 (13) 任意波形信号发生器的设计 一.简述 随着信息科技的发展，波形发生器在科技社会等多个领域发挥着越来越重要作 用。采用eda技术利用quartus60软件平台，基于大规模可编程逻辑器件fpga 设计的多功能波形发生器系统，大大简化其结构, 降低成本, 提高了系统的可靠性 和灵活性。设计中运用计数器，数据选择器，对所需的频率进行选择和同步。使用宏 功能模块存储波形。然后多波形进行幅度的选择。产生满足需要的不用频率和幅度的 波形。 二．设计性能要求 1.能输出正弦波，锯齿波，阶梯波，三角波，方波，矩形脉冲等八种波形。 2.具有幅度和频率的调整。 3.单元电路模块使用VHDL语言编写。 三.系统框图 图1.任意波形信号发生器系统框图四．系统电路图 图2.任意波形信号发生器系统电路图 五．基本工作原理 将要产生的波形数据存入波形存储器中, 然后在参考脉冲的作用下, 对输入的频率数据进行累加, 并将累加器输出的一部分作为读取波形存储器的地址, 将读出的波形数据经D/A 转换为相应的电压信号,D/A 转换器输出的一系列的阶梯电压信号经低通滤波器滤波后便输出了光滑的合成波形的信号。 选择八种基础波形为设计与实现的对象，而八个波形作为同一个任意波形发生器里的四个部分，是有着同一个输入与输出，因此在设计上还需要对波形进行选择与控制的部分，通过对时钟脉冲输入的选择，使得八个波形模块只有一个输入为时钟脉冲，其他三个模块则输入始终为0。在波形输出时，设计一个模块控制输出的波形是所要求输出的波形，在时钟脉冲选择与输出波形选择两模块之间。 对于频率的选择可以选择分频器，同时也可以选择计数器，本实验采用的是计数器以实现分频的效果，输出分别为二分频，四分频，八分频，十六分频用以实现不同的频率。幅度调节可以使用lpm_divide，可以实现八种不同的幅度调节。 六．单元电路模块源程序及功能 1.分频模块 以下为分频模块(CT74161)的VHDL语言编程源程序 LIBRARY IEEE; 基于单片机的信号发生器设计 基于单片机的信号发生器 设计 摘要 在介绍MAX038 芯片特性的基础上,论述了采用MAX038 芯片设计数字函数信号发生器的原理以及整机的结构设计。对其振荡频率控制、信号输出幅度控制以及频率和幅度数显的实现作了较详细的论述。该函数信号发生器可输出三角波,方波和正弦波。 本文重点论述了整机通过D/A转换电路控制MAX038的实现过程，D/A转换电路采用了8位4通道的MAX505来实现。在幅度的控制上采用数字电位器AD5171，该芯片是I2C总线方式控制，文中给出了I2C总线的读写控制程序。系统支持按键操作和上位机操作两种模式。 关键词:函数信号；D/A ；单片机控制 Design of Signal Generator System Based on SCM Zisu zhou (College of Zhangjiajie, Jishou University, Jishou,Hunan 416000) Abstract Based on the introduction of MAX038 , we discussed the principle and the whole frame of the digital function signal generator. We described the control of the oscillatory frequent , amplitude and the digital display in detail. Thegenerator can output three kinds of waves : sine wave , square wave , triangle wave. This text has exposition the mirco-computer controls the D/A electric circuit of conversion realize the process. In D/A changing electric circuit adopt the 8 bit 4 channel come to realize. Porentiometer AD5171 is adopted in the control of length. This chip is that I2C bus control way. This system supports key-control or computer-control modes. Key words : function signal ；D/A ；single - chip microprocessor control ；信号发生器概述
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