函数信号发生器的设计【开题报告】

开题报告

电气工程及自动化

函数信号发生器的设计

一、课题研究意义及现状

信号发生器是一种最悠久的测量仪器，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、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。

信号发生器用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波

形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

二、课题研究的主要内容和预期目标

本设计的主要内容和基本要求如下：

（1）从理论上研究各种函数发生器的基本原理。可以按照信号产生频率范围的分类来研究，一般分为超低频信号发生器，低频信号发生器，高频信号发生器等。

（2）从理论上研究函数信号发生器的发展历史，从模拟的函数发生器到目前的智能化的函数发生器。

（3）设计一种简易的模拟函数发生器电路。能够产生正弦波，三角波，方波和锯齿波。能够在一定的范围内调节频率，并且通过实验验证。

本课题要求完成简易函数发生器的硬件电路设计与制作，在Orcad 仿真软件仿真环境下进行连接电路。

三、课题研究的方法及措施

本课题重点研究函数信号发生器产生正弦波，三角波，方波和锯齿波。

本次课程设计使用的AT89S51 单片机构成的发生器可产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形，波形的周期可以用程序改变，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、结构紧凑等优点。在本设计的基础上，加上按钮控制和LED显示器，则可通过按钮设定所需要的波形频率，并在LED上显示频率、幅值电压，波形可用示波器显示。

波形发生器原理方框图如下所示。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在AT89S51的P2口接5个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，另有3个P2口管脚接TEC6122芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。缺点是，采样频率由单片机内部产生故使整个系统的频率降低。

本系统由单片机、显示接口电路，波形转换（D/A）电路和电源等四部分构成。

主程序和子程序都存放在AT89S51单片机中。

主程序的功能是：开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。子程序的功能有：幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、锯齿波输出、方波输出、显示等。

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：自2011年6月7日至2012年4月21日。

2011年6月7日至2011年9月1日:明确任务，查找资料，确定系统总体设计方案；

2011年9月1日至2011年11月1日:写文献综述，外文翻译；

2011年11月1日至2011年11月9日：完成开题报告，准备开题答辩；

2011年11月19日至2011年12月3日：完成各种函数发生器的基本原理的研究；

2011年12月4日至2012年12月15日：完成函数信号发生器的发展历史；

2011年12月16日至2012年1月21日：完成简易的模拟函数发生器电路，并能够在一定的范围内调节频率，并且通过实验验证；

2012年1月22日至2012年4月1日：撰写毕业论文，完善与修改毕业论文；做好论文答辩的PPT资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。

五、参考文献

[1] 张永瑞,刘振起等.电子测量技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社,1994.

[2] 孙亚民.计算机通信网络[M].上海：上海交通大学出版社，1997.

[3] 吴玲达等.计算机通信[M].北京：国际科技大学出版社，1994.

[4]梅领亮.基于MAX038和单片机的函数信号发生器设计[J].电脑知识与技