正弦信号发生器
正弦信号发生器
正弦信号发生器信号发生器是一种不需要外加输入信号，依据自激振荡的原理，产生具有肯定幅度的周期性输出信号的装置。
它广泛应用于测量、自动掌握、通信、广播电视以及金属的熔炼、淬火、焊接等工程技术领域中。
1．自激振荡的产生条件正弦信号发生器是通过放大器引入合适的正反馈而构成的。
产生自激振荡必需满意两个条件：（1）振幅条件反馈电压的幅度要与原输入电压的幅度相等，就是说要有足够的反馈量，表达式为（2）相位条件反馈电压与原输入电压必需同相位，就是说必需满意正反馈的要求。
总之，相位条件保证了起振，振幅条件维持了等幅振荡。
2．RC桥式正弦信号发生器RC桥式正弦信号发生器又称文式电桥（Wienbridge）振荡器，其原理电路如图所示。
这个电路由两部分组成，即放大器和选频网络。
前者为由集成运放和电阻Rf 、Rl 所组成的电压串联负反馈放大器，取其输入电阻高和输出电阻低的特点。
后者由Z1 和Z2 组成，同时构成正反馈连接。
由图可见，Z1、Z2和Rl、Rf 正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大器的两个输入端，桥式振荡器由此而得名。
关于推导运算放大器的各种运算关系的总结：分析运算关系的前提，是运算放大器应工作于线性工作区（从电路结构上应有负反馈存在）。
当认清运放工作于线性工作区之后，通常采纳如下三种方式：（1）对于由多个运算放大器组成的运算放大电路，要擅长化整为零，分割成若干个基本单元运算电路（反相比例、同相比例，求和、差动、积分、微分等）。
再利用这些基本单元运算电路的基本关系式，进行推导运算关系。
（2）对于往往是由一个运算放大器构成的运算电路，但又不和基本单元运算电路的电路结构一样。
只能仿照书中基本单元运算电路的推导过程，利用虚断、虚短、虚地来推导。
（即使用ii=if 或u+=u-把输入量ui 与输出量uo 联系起来，形成一个关系式）。
【例】在右图所示的电路中，试写出通过负载电阻RL 的电流iL 与输入信号ui 之间的关系式。
正弦波信号发生器实验报告
正弦波信号发生器实验报告
实验名称：正弦波信号发生器实验
实验目的：了解正弦波的基本属性，掌握正弦波信号的发生方法，对正弦波信号进行基本的测量和分析。
实验器材：函数发生器、示波器、万用表。
实验原理：正弦波（Sine Wave）是最常见的一种周期波形，其特点是正弦曲线的波形，具有完全的周期性和对称性。
在电路和信号处理系统中，正弦波信号非常常见，在很多实际应用中具有重要的作用。
函数发生器是一种能够产生各种各样波形的仪器，包括正弦波、方波、三角波等等。
而在产生正弦波信号的过程中，函数发生器利用一个内部的振荡器电路来产生振荡信号，再将其经过信号调制映射到正弦波的形式。
实验步骤：
1.将函数发生器的输出端口连接到示波器的输入端口，并将函数发生器的频率设定在1kHz左右。
2.打开示波器，选择一个适合的纵向和横向刻度，并将其垂直和水平方向校准至
合适位置，以显示正弦波的波形。
3.选择函数发生器的正弦波输出模式，调整幅度与频率，以获得所需的正弦波信号，可使用万用表对其进行精确测量。
实验结果：经过实验，我们成功产生了一路1kHz左右的正弦波信号，并使用示波器和万用表进行了基本的测量和分析，包括正弦波的频率、幅度、相位等基本特性。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了正弦波的特性及用途，掌握了正弦波信号发生器的基本使用方法，熟悉了正弦波信号的测量和分析方法，并在实践中获得了相应的实验数据。
这些知识和经验对我们今后的学习和工作将有非常重要的作用。
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器实验报告正弦信号发生器实验报告一、引言正弦信号发生器是电子实验室中常见的一种仪器，用于产生稳定的正弦信号。
它在各种电子设备测试和实验中起着重要的作用。
本实验旨在探究正弦信号发生器的原理和性能，并通过实际操作来验证其功能。
二、实验目的1. 理解正弦信号的特性和应用；2. 掌握正弦信号发生器的基本原理和结构；3. 学习使用正弦信号发生器进行实际测试。
三、实验原理正弦信号是一种周期性的交流信号，具有连续变化的幅度和相位。
正弦信号发生器的基本原理是通过振荡电路产生稳定的正弦波形。
振荡电路通常由放大器、反馈网络和滤波电路组成。
其中，放大器负责提供足够的增益，反馈网络则确保振荡电路的稳定性，滤波电路则用于滤除其他频率成分。
四、实验器材和材料1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 电阻、电容等元件4. 连接线等五、实验步骤1. 将正弦信号发生器与示波器连接，使用示波器观察输出的信号波形；2. 调节正弦信号发生器的频率和幅度，观察波形的变化；3. 使用示波器测量输出信号的频率和幅度，并记录数据；4. 更换不同数值的电阻和电容，观察对信号波形的影响；5. 分析实验结果，总结正弦信号发生器的性能和特点。
六、实验结果与分析通过实验观察和测量，我们得到了一系列关于正弦信号发生器的数据。
首先，我们发现随着频率的增加，正弦信号的周期变短，波形变得更加紧凑。
而幅度的调节则使得波形的振幅增大或减小。
这表明正弦信号发生器能够根据用户的需求产生不同频率和幅度的信号。
此外，我们还发现在改变电阻和电容数值时，信号波形也会发生变化。
较大的电阻和电容会导致信号的衰减，而较小的电阻和电容则会使信号更加稳定。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况选择适当的电阻和电容数值，以获得所需的信号特性。
七、实验总结本实验通过对正弦信号发生器的实际操作和观察，我们深入了解了正弦信号的特性和应用。
我们学习到了正弦信号发生器的基本原理和结构，并通过实验验证了其功能和性能。
第7章正弦信号发生器
••
AF 1
vo不再增大，自激振荡建立
自激振荡建立过程可用 下面的特性曲线来说明
vo
vi A vo
vo
vf F
F（反馈特性）
vvoo43
vo2 vo1
vi1’ vf1 vf2 vf3 vf4 vi2’ vi3’ vi4’ vi5’
A（放大特性）
vi’（vf）
若F不同时 F太小 F合适
F太大
返回
正弦振荡器——自激振荡产生单一频率的 正弦信号的电路。
2、自激振荡的平衡条件
• 设想：
vi vi
v’i A
vo
vo
vf F
要保证vo不变，则必有：
vf = vi 又：vf = F vO vi = vO /A
11-1振荡条件动画
vf = vi 即
返回
••
AF 1 ——自激振荡的平衡条件
2020/6/20
1
2RC
•
f=f0时，
•
F
•
F
1
max 3
0 • f=f0时， • 即：vf和vo同相
F
2020/6/20
返回
7.2.2 RC文氏桥振荡电路
1 对放大器的要求 2 分立元件RC文氏桥振荡电路 3 集成运放组成的RC文氏桥振荡电路
2020/6/20
返回
1 对放大器的要求
由起振条件知：
幅值条件：A•
7.1.2 自激振荡的建立过程及其起振条件
在电源接通的一瞬间，有很小的电扰
动信号（电冲击信号），由于这种电扰 vi A vo 动的不规则性，它包含着频率范围很宽
vo
的各次谐波。
vf F
若vf>vi’，则vo会越来越大。由于三极管的非线性
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器实验报告
《正弦信号发生器实验报告》
实验目的：
本实验旨在通过搭建正弦信号发生器，探究正弦波的特性以及其在电子电路中的应用。
实验材料：
1. 电压源
2. 电阻
3. 电容
4. 二极管
5. 信号发生器
6. 示波器
实验步骤：
1. 按照电路图搭建正弦信号发生器电路。
2. 调节电压源的输出电压，使其为所需的正弦波幅值。
3. 使用示波器观察输出波形，并调节电路参数，如电阻、电容的数值，以获得理想的正弦波形。
4. 测量并记录输出波形的频率、幅值等参数。
实验结果：
经过调节电路参数，成功搭建了正弦信号发生器。
通过示波器观察到了理想的正弦波形，并测量了其频率、幅值等参数。
实验结果表明，通过合理设计电路参数，可以得到稳定、准确的正弦波信号。
实验分析：
正弦信号是电子电路中常见的信号波形，具有周期性、稳定性好的特点，因此
在通信、音频处理等领域有着广泛的应用。
通过本实验，我们深入了解了正弦
波的产生原理，掌握了调节电路参数以获得理想波形的方法。
实验结论：
通过搭建正弦信号发生器，我们成功地产生了稳定的正弦波信号，并对其进行
了观察和测量。
这为我们进一步理解正弦波的特性以及其在电子电路中的应用
奠定了基础。
总结：
本实验通过实际操作，加深了对正弦信号发生器的理解，提高了实验操作能力，为今后的电子电路实验打下了良好的基础。
同时，也为我们将来在工程领域的
实际应用提供了宝贵的经验。
正弦信号发生器
应用领域
通信领域
用于调制解调、无线通信等，提供稳定的载波信 号。
音频领域
用于音频设备测试、音响系统调校等，提供纯净 的正弦波信号。
科学实验
用于各种物理、化学、生物实验中，模拟各种波 形信号。
重要性
稳定性高
正弦信号发生器产生的信号稳定度高，频率、幅度等参数可精确 控制。
应用广泛
正弦信号发生器在各个领域都有广泛应用，为科学研究和技术开发 提供重要支持。
问题3
无法正常开机：解决方案 - 检查电源 连接和设备故障，如有需要请联系专 业维修人员。
问题4
输出不稳定：解决方案 - 重新启动设 备，检查连接线是否牢固，如问题持 续存在，可能需要校准设备。
05
正弦信号发生器的未来发展
技术发展趋势
数字化
正弦信号发生器将进一步向数字 化发展，实现更精确的信号控制
正弦信号发生器
• 正弦信号发生器概述 • 正弦信号发生器的种类 • 正弦信号发生器的性能指标 • 正弦信号发生器的使用方法 • 正弦信号发生器的未来发展
01
正弦信号发生器概述
定义与工作原理
定义
正弦信号发生器是一种能够产生 正弦波信号的电子设备。
工作原理
正弦信号发生器通过振荡电路产 生正弦波，并通过调节频率、幅 度等参数，输出所需信号。
数字信号发生器
数字信号发生器采用数字技术来产生正弦波，具 有较高的频率范围和精度。
数字信号发生器通常具有更好的稳定性和可靠性， 能够产生更高质量的信号。
数字信号发生器广泛应用于通信、雷达、电子战 和测试等领域。
合成信号发生器
1
合成信号发生器采用数字合成技术来产生正弦波， 具有非常高的频率范围和精度。
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器实验报告引言本实验旨在设计并构建一个正弦信号发生器，用于产生具有特定频率和振幅的正弦波信号。
正弦信号在电子工程中具有广泛的应用，如通信系统、音频设备和信号处理等。
本实验将介绍设计思路、所需材料和步骤，以及实验结果和讨论。
设计思路为了设计一个正弦信号发生器，我们需要以下主要组件：1.振荡电路：产生正弦波信号的核心部分。
2.振幅调节电路：用于控制输出信号的振幅。
3.频率调节电路：用于控制输出信号的频率。
我们将使用基本的集成电路和电子元件来实现这些功能。
接下来，我们将逐步说明每个组件的设计和实现。
所需材料在开始实验之前，我们需要准备以下材料和工具：1.集成电路：例如操作放大器（Op-amp）。
2.电容器和电阻器：用于构建振荡电路和调节电路。
3.面包板：用于连接电子元件。
4.电源：为电路提供所需的电能。
5.示波器：用于测量信号的振幅和频率。
实验步骤1.第一步：振荡电路设计和构建–选择一个合适的振荡电路拓扑，如RC振荡电路。
–计算并选择所需的电容器和电阻器数值。
–使用面包板将电容器、电阻器和集成电路连接起来。
2.第二步：振幅调节电路设计和构建–选择一个合适的振幅调节电路拓扑，如非反相放大器。
–根据需要的振幅范围计算并选择所需的电阻器数值。
–使用面包板将电阻器和集成电路连接起来。
3.第三步：频率调节电路设计和构建–选择一个合适的频率调节电路拓扑，如电阻-电容调谐电路。
–根据需要的频率范围计算并选择所需的电容器和电阻器数值。
–使用面包板将电容器、电阻器和集成电路连接起来。
4.第四步：电源和示波器连接–将电源连接到电路以提供所需的电能。
–将示波器连接到电路以测量输出信号的振幅和频率。
5.第五步：实验验证和调试–打开电源，并使用示波器观察输出信号。
–调节振幅和频率调节电路，验证是否可以在所需范围内调节信号的振幅和频率。
实验结果和讨论经过实验验证和调试，我们成功设计和构建了一个正弦信号发生器。
该信号发生器能够在所需的频率范围内产生具有可调节振幅的正弦波信号。
正弦信号发生器原理
正弦信号发生器原理
正弦信号发生器主要由振荡电路、放大电路和输出电路三部分组成。
振荡电路是实现正弦信号的关键部分，通过在电路中引入反馈机制，产生自激振荡。
其中，通常采用的是RC振荡电路或LC振荡电路。
在RC振荡电路中，通过调节电容和电阻的数值，可以调整正弦信号的频率。
而在LC振荡电路中，则通过调节电感和电容的数值来控制频率。
振荡电路输出的信号较小，需要经过放大电路进行放大。
放大电路通常采用集成运算放大器（OP-AMP）作为基础组件，通过调整电阻、电容的数值和配置方式，可以进一步增大振荡电路输出的信号幅度。
最后，正弦信号经过输出电路进行整形，使其具有合适的输出特性。
输出电路中通常包括滤波电路，用来去除掉信号中的高频杂散成分，以及输出阻抗匹配电路，使其能够与外部设备连接。
总结起来，正弦信号发生器通过振荡电路产生基准信号，经过放大电路增大信号幅度，最后经过输出电路整形并输出。
通过调节振荡电路的参数，可以得到不同频率的正弦信号。
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正弦信号发生器[2005年电子大赛一等奖]2008年06月15日星期日 17:06摘要：以SPCE061A单片机为核心，通过DDS合成技术设计制作了一个步进值能任意调节的多功能信号源。
该信号源在1KHz～10MHz范围能输出稳定可调的正弦波，并具有AM、FM、ASK和PSK等调制功能。
信号输出部分采用低损耗电流反馈型宽带运放作电压放大，很好地解决了带宽和带负载能力的要求。
系统带中文显示和键盘控制功能，操作简便，实现效果良好。
一、方案论证1、信号产生方案一：使用传统的锁相频率合成的方法。
要求产生1KHz到10MHz的信号，用锁相环直接产生这么宽的范围很困难，所以先产生50.001M到60M的可调信号，然后把此信号与一个50M的本振混频，得到需要的频率。
此方法产生的频率稳定度高，但波形频谱做纯很困难，幅度也不恒定，实现也麻烦。
方案二：采用专用DDS芯片产生正弦波。
优点：软件设计，控制方便，电路易实现，容易直接达到题目要求的频率范围和步进值,且稳定性和上法一样，频谱纯净，幅度恒定，失真小。
综上所述，选择方案二用专用DDS芯片AD9850产生正弦波。
AD9850是采用DDS技术、高度集成化的器件，当它在并行工作方式时，有8根数据线、3根控制线与单片机相连。
AD9850的频率控制字为：其中FTW为频率控制字，为要输出的正弦的频率，为系统时钟的频率，由晶振产生。
2、模拟频率调制方案一：使用内调制（软件调制），通过单片机中断，对外来模拟调制信号进行采样，采样速率为32KHz，然后对采样值进行转换，把电压转换成对应的频偏，然后转换成相应的频率控制字送DDS，以实现对1KHz正弦信号的调频，这样可以满足最大频偏的精度要求。
方案二：使用外调制，通过锁相环控制DDS总时钟，在锁相环电路中进行频率调制，来改变DDS输出信号频率，间接实现调频，这样实现简单，频域内频谱连续，但是很难做到精确的10KHz和5KHz的最大频偏。
综合以上方案，选择方案一，实际中要求调制信号是固定不变的1KHz正弦信号，所以，我们直接把正弦信号存储在单片机中，并且换算好频率控制字。
3、模拟幅度调制方案一：使用二极管调幅电路。
较常用的二极管调幅电路有二极管平衡调幅电路和二极管环形调幅电路。
但由于二极管的特性不一致，会造成电路不可能完全对称，造成控制信号的泄漏。
方案二：充分利用单片机SPCE061A的资源，1K的调制信号使用单片机的DA 口输出，经滤波放大后送MC1496与DDS产生的载波进行混频，这样效果非常好，而且成本低。
综合以上方案，选择方案二。
4、ASK和PSK数字调制方案一：充分利用DDS资源，两种调制都通过DDS自己实现，单片机通过基带信号的电平值直接送出相应的相位控制字或者频率控制字（ASK时，1代表频率输出为正常频率100KHz，0代表频率输出为0），但使用的DDS芯片为AD9850，它的相位和频率控制不灵活，不能得到完美的PSK和ASK信号来。
方案二：采用运算放大器F733输出两路相位相反的信号，再使用基带码元选择这两路信号，则得到PSK；基带信号的"1"选择其中一路，"0"选择地，则得到ASK。
通过一块CPLD对载波分频作为基带信号的时钟，这样使得PSK和ASK 与基带信号完全同步。
综合以上方案，选择方案二。
二、主要电路设计与分析1、系统原理框图方案框图如图1所显示：图1 系统原理框图系统主要由载波产生放大电路，调制信号产生放大电路，乘法器，载波反相分割电路，码元同步电路，模拟开关组成。
2、系统各模块的理论分析和实际设计正弦输出电路设计：AD9850产生要求的正弦信号，系统时钟由100M的有源晶振提供，它决定了系统的频率稳定度。
由DDS芯片输出的信号滤波后经LT1253放大，得到所需要的信号幅度。
LT125是低功耗的宽带放大器，±5V供电时带宽为90MHz，DDS输出正弦信号的峰峰值为450mV,要得到6±1V的最终输出，放大倍数要在11.1和15.5之间，我们采用反相放大电路，放大倍数按如下公式计算：我们选100Ω，要使在11.1和15.5之间，的值必须选在1.11K和1.55K之间，实际电路中我们使用一个2K的精密可调电位器来微调增益，把输出电压峰峰值定在5V。
具体电路见图2。
输出峰峰值为5V，负载为50Ω时，流过负载的峰值电流为：这个电流是高速运放难以达到的，为了提高带负载能力，放大后的信号经射极跟随器输出，使得50Ω负载上电压峰峰值在整个频带宽度内峰峰值为稳定的5V。
为了把输出频率扩展到低频而又同时保持良好的高频，射随器前面的耦合电容使用一个22uF和一个0.1uF并联。
这样做使实际输出范围向下扩展到300Hz，具体电路见图3。
图2 AD9850波形产生和放大电路图3 射极跟随器电路模拟频率调制方案设计：我们采用软件调频的方案，通过中断单片机采样调制信号，然后通过线性运算把采样得到的电压值转换成对应的频偏值，然后与当前设置的中心频率相加，换算成频率控制字送到DDS，这样就实现了FM，如图4(a)。
但是根据题目要求，调制信号为固定的1KHz正弦，所以，我们就去掉了繁杂的采集和运算，直接把对应于1KHz正弦信号的频偏控制字存储为一个表，然后通过中断把这个表里的频偏控制字和当前中心频率控制字相加送出。
(a)(b)图4 频率调制实现框图分析和计算过程如下：FM的瞬时的频率可以分解为两部分：中心频率和瞬时频偏；而和调制信号的瞬时电压成正比，则频偏数据可以存储为一组有符号的正弦表，同时，又要满足最大频偏为10KHz（5KHz是可以用同一个数据表，做一下处理即可），所以正弦数据的最大值为10000,使用正弦取表工具生成数据。
这样，频偏表就确定了。
电路中选用100MHz的有源晶振，则当前中心频率和频偏表里的每一个元素分别做这样一次运算之后得到频率控制字表并存储。
之后打开32KHz的中断，从这个表里依次取值送出。
这个中断服务过程中单片机没有一点运算。
此过程见图4(b)。
模拟幅度调制的调制信号产生：AM信号的调制度计算公式为为调制信号的幅度，为直流偏移量。
固定（的固定是通过两个方面实现的，单片机输出信号因为必须是单极性的，所以已经有了一个直流偏移，在送到MC1496时，MC1496电路里又有一个电位器调节直流偏移，我们用这个电位器做的校准），改变就可以控制调制度。
则当0.1≤≤时就可以使得调制度满足10％～100％的要求。
实际上我们可以通过按键在0到100%之内任意设置；调制信号的产生：在单片机内做一个正弦表，通过42KHz的中断不断把表里的数据和相乘后送到DA口输出，然后经低通滤波和放大，送到模拟乘法器MC1496和载波混频得到AM信号。
数字调制的波形反相分割电路与码元同步的实现：为了得到PSK的反相信号，我们采用F733运放把输入波形分割成两路反相信号，码元的时钟由载波在CPLD内部10分频得到的10KHz时钟提供，这样就很容易保持同步，防止码元差错；另外，我们加了一片74LS123以精确控制数字调制输出信号的初始相位。
而调制信号的输出由模拟开关4053选择完成，码元的"1"选择一路信号，"0"选择另外一路，得到PSK信号；码元的"1"选择一路信号，"0"选择地电位，则得到ASK信号。
图5 ASK、PSK产生电路三、软件流程1、软件功能本系统采用凌阳SPCE061A十六位单片机。
软件采用了凌阳公司的MINIOS实时操作系统，并采用了事件驱动的编程思想。
主任务就是一个消息驱动的线程，等待键盘任务和其他中断发出事件请求来完成各种功能。
具体功能有：图形化的操作界面；各个功能的切换；各种参数的设定；频率步进等。
2、本系统软件特点利用消息驱动机制实现了图形动态菜单。
使操作界面更加直观，更加人性化，操作更简单。
消息驱动的简单数据结构：union _EVENT_FLAG_{struct _bit_flag{unsigned char INTOSUBMENU :1;unsigned char RETURNMINMENU :1;unsigned char CANNEL :1;unsigned char OK :1;unsigned char ASK :1;unsigned char PSK :1;unsigned char AM :1;unsigned char FM :1;unsigned char SINE :1;unsigned char Reserve :9;//保留}Bit;unsigned char Value;}MY_Event={0x0000};里面包括七个事件标志变量，被定义为_EVENT_FLAG_的共用体。
当MY_Event 的具体位被置为1的时候就表示相应的事件发生，并请求消息处理任务对事件进行处理。
复杂的消息驱动机制还需要相应的消息队列，邮箱等等，在此不做累述。
3、软件流程图图6 软件流程图事件处理任务流程图：图7 事件处理任务流程图四、测试分析1、主要测量仪器稳压电源，示波器2、测量结果各项指标均达到要求，并且大部分指标优于题目要求。
测试数据见表1和表2：表1 基本部分测试数据 基本要求实际性能 弦波输出频率范1kHz ～10MHz 300Hz ～20MHz有频率设置功能，率步进 100Hz 按键任意设置频率频率步进默认100Hz可任意设置步进值出信号频率稳定优于10-4实现度输出电压幅度在负载电阻上的电压峰-峰值V opp≥1V实现失真度用示波器观察时无明显失真1M以上略有失真表2 发挥部分测试数据挥部分实际性能加输出电压幅度在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值V opp=6V±1V稳定的5.0V生模拟幅度调制(AM)号在1MHz～10MHz范围内调制度ma可在10%～100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生0到100%可程控调节另可通过按键任意设ma值。
生模拟频率调制(FM)号在100kHz～10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生实现生二进制PSK、ASK信在100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生实现他图形菜单PSK调制信号初相位可调由测试结果看出，输出信号频率高的时候有失真，分析其原因，主要是级间耦合和分布参数引起的。
五、结论本系统完成了题目基本部分和发挥部分的全部内容，在完成的项目中大部分指标优于题目要求，个别指标由于时间有限做得不是非常完善。