正 文
1 选题背景
波形发生器又名信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用。如今作为电子系统心脏的信号源的性能很大程度上决定了电子设备和系统的性能的提高，因此随着电子技术的不断发展，现今对信号源的频率稳定度、频谱纯度和频率范围以及信号波形的形状提出越来越高的挑战。 1.1指导思想
利用NE555构成多谐振荡器产生方波，根据LM324输出的锯齿波分别通入低通滤波器和高通滤波器就可以输出正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ。 1.2 方案论证
方案一：使用NE555芯片构成多谐振荡器，输出方波，通过锯齿波发生电路产生锯齿波，然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器，通过滤波产生一次，8KHz 到10KHz 的正弦波，然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器，输出三次正弦波。其中滤出三次谐波的理论依据是，由于锯齿波是一个关于t 的周期函数，并且满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点，且在这些间断点上，函数是有限值；在一个周期内具有有限个极值点；绝对可积。
方案二：使用功放构成文森桥式震荡电路，产生出8KHz~10KHz 的正弦波。接着是用NE555芯片，搭建出施密特触发电路，产生脉冲波输出；将脉冲波分别输入一个KHz f H 10=的低通滤波器和24KHz~30KHz 的带通滤波器电路中，产生一次和三次正弦波。 最初方案设计的大体思路在方案一和方案二之间犹豫不决，于是将两个电路的大体电路都进行了简单的设计，发现方案二存在很多的问题很难解决。
问题一：如果使用文森桥式震荡器产生正弦波，改变震荡频率就需要改变RC 常数，要同时改变两个R （在实际电路中，同时改变两个电容的值是很复杂的，而且这样也无法得到一个8KHZ~10KHz 的连续的频率），需要双滑动变阻器并且要保证滑动变阻器改变的值完全相同，有一定困难。
问题二：NE555芯片搭建出来的是一个简单的施密特触发器，输入正弦波之后，输出的脉冲波的占空比是不可以调整的，不满足实验要求的占空比可调的条件。要是施密特触发器产生的脉冲波的占空比可调会是该电路进一步复杂化。
问题三：LM324芯片的功放不够，由于有Ω600负载电阻的限制，输出波形的峰峰值不能简单的通过电阻的分压来实现。
鉴于方案二存在的问题能以解决，我们就确定选择方案一的整体思路进行方案的设计。 1.3 基本设计任务
用555 定时器和四运放LM324 设计并制作一个频率可变的、能够同时输出脉冲波、
锯齿波、正弦波I 和正弦波II 的波形产生电路。
（1）四通道同时输出。每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波I 和正弦波II 中的一种波形，通道负载电阻均为600 欧姆。
（2）四通道输出波形的频率关系为1：1：1：3（三次谐波）。脉冲波、锯齿波、正弦波I 输出频率范围为8kHz~10kHz,正弦波II 的输出频率范围为24kHz~30kHz。输出波形无明显失真。
（3）频率误差不大于10%，通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。
2 电路设计
2.1工作原理
NE555构成了多谐振荡器，内部可以产生脉冲波和锯齿波，将锯齿波经过LM324一个比例运算放大电路，就可以得到所需的锯齿波。然后让锯齿波输出分别通入由LM324组成的低通滤波器电路和高通滤波器电路，就可得到一次正弦波和二次正弦波。
3 各主要电路及部件工作原理
3.1脉冲波产生电路
脉冲波由NE555芯片搭建的多稳态谐振器振动产生，频率可调，为KHz
10。参
8~KHz
考NE555芯片使用手册可知，芯片输出波形的峰峰值为10V左右。使用Multisim仿真的脉冲波产生电路如下图1所示。
图1 脉冲波发生电路
利用软件进行波形的仿真，得到脉冲波的图形如图2所示
图2 脉冲波仿真波形
3.2锯齿波发生电路
在锯齿波发生电路的设计中，原始方案是采用教材中的锯齿波发生电路，是通过调整积分电路的正向和反向时间常数的不同，对输入信号的脉冲波进行积分产生锯齿波（该电路是需要二极管的）。开始是按照这个思路进行仿真的。因为要同时调整正向和反向积分的时间常数，于是我们就想可以在调整脉冲波的输出频率的时候，只改变高电平或者低电平的持续时间，然后在锯齿波发生电路中选取合适的电容值，然后就可以讲正向或者反向的电阻值固定，只改变另一方向的电阻值就可以了。见图3是该方案的仿真电路
图3 锯齿波产生电路
见图1，是用NE555产生出脉冲波，然后通过锯齿波产生电路，这里仿真没有选择功放为LM324，未考虑
600的负载电阻以及输出的峰峰值。脉冲波和锯齿波发生电路的参数取值如下
uf
C C C K R R K R K R R K R K R K R K R 01.0)(4700)(3510910.123212087654321===Ω=Ω=Ω=Ω==Ω=Ω=Ω=Ω=电位器电位器
根据NE555芯片的使用手册，有以下有用公式：
B
A B
L H H B A B A L H B L B A H R R R t t t cycle duty waveform Output C
R R frequency C R R t t period C
R t C
R R t 21___)2(44.1)2(693.0)(693.0)(693.0+-=+=
+≈
+=+==+=
根据以上的公式，就可以计算出理论上的各种参数：
uS
t uS t uS t KHz f KHz f L H H 9.61001.0101693.08.1171001.0)10110)412((693.01.901001.0)1011012(693.029.101001.0)10121012(44
.1810
01.0)101210)412((44
.1636336336
33max 6
33min max min =????==???+?+==???+?==????+?==????+?+=
-----
在对锯齿波进行仿真的时候，发现波形有些失真，上网查阅资料后得知要是RC 常数跟脉冲波的时间相匹配才行。
)(L H t t RC 或=
去锯齿波发生电路的参数选择及计算过程如下：
Ω
=??=Ω=??=Ω=??===6901001.0109.68.111001.0108.11791001.0101.90t uf 01.06
-6
-26
-6
-16
-6
-1H
1max min R K R K R C R C 由取 如图1所示，1R 为一个ΩK 9电阻和一个ΩK 3电位器组成，2R 取Ω700仿真结果见图4的锯齿波。
图4 锯齿波仿真波形
从图4的波形中算出锯齿波的峰峰值为
V Div Div V 4.42.2/2=?
由于要求负载电阻为Ω600，不能直接进行分压来控制峰峰值为V 1,再用功放来满足峰峰值的要求的话，LM324的四功放无法满足整个电路的需求，因此这种锯齿波的单元电路就被放弃了，需要进行改进。查阅资料发现了在NE555芯片构成的脉冲波发生电路中就有锯齿波，只需要在该处输出，然后调整峰峰值便可以得到要求的锯齿波。改进后的电路仿真图如下图5。
图5 改进后的脉冲波和锯齿波发生电路
改进后的电路对脉冲波发生电路的参数也进行了调整，让脉冲波的占空比接近一半。锯齿波发生电路是一个反向比例运算电路，由公式
???
? ?
?-=R
R u f
o u 参数的选择如下：
Ω
=Ω==K R K R V u f o 35101取由
对该电路进行软件仿真得到理论上的锯齿波波形，见图6。图中另一个波形是NE555芯片的输出波形。
图6 改进电路后的脉冲波和锯齿波的仿真波形
得到的锯齿波的峰峰值约为V 1，频率与NE555芯片产生的脉冲波频率保持一致，满足实验要求，就完成了锯齿波波形发生电路的理论设计。
3.3正弦波发生电路
在电路的设计初期，一次正弦波，也就是KHz 8~KHz 10的正弦波发生电路是采用的是
截止频率为KHz f c 10=的二阶压控电压源低通滤波器，电路图见下图
图7 二阶压控电压源低通滤波器原理图
根据截至频率KHz f c 10=，查图确定电容的标称值
图8 二阶压控电压源低通滤波电路参数选取参考图
取nF C 3.3=
查表确定电容1C 的值，以及1=K 时对应的电阻。
v A
1 2 4 6 8 10
1R 1.422 1.126 0.824 0.617 0.521 0.462 1R 5.399 2.250 1.537 2.051 2.429 2.742 1R
开路 6.752 3.148 3.203 3.372 3.560 1R 0
6.752 9.444 16.012 23.602 32.038 1R
C 33.0
C
C 2
C 2
C 2
C 2
表1 -1 二阶压控电压源低通滤波器参数表
因为低通滤波器的输入直接从锯齿波发生电路的输出端引入，峰峰值为V 1，所以
nF
nF C C K R K R A v 13.333.033.0399.5422.11121=?==Ω
=Ω==
将上列阻值乘以计算出来的K 值
Ω
≈?=Ω≈?=K R K R 163399.543422.121
进行电路仿真后电路图如图
图9 二阶压控电压源低通滤波器仿真电路
图9下部分就是二阶压控电压源低通滤波器电路（一次正弦波产生电路），蓝色的线分别是滤波器的输入和输出端，其中输入端是锯齿波发生电路的输出端，即输入峰峰值为
V 1的锯齿波。
仿真的波形如下图9所示
图10 一次正弦波仿真波形
图中，上部分波形是输入的峰峰值为V 1的锯齿波，下部分是一次正弦波，频率与锯齿波保持一致，但是峰峰值没有达到实验要求的V 1，有所衰减。于是对电路的参数重新选择。
nF
nF C C K R K R K R K R A v 13.333.033.0203752.6203752.68.63250.23.33126.12
14321=?==Ω≈?=Ω≈?=Ω≈?=Ω≈?==
修改后的仿真电路图如下
图11 改进后的二阶压控电压源低通滤波电路
再次进行波形的仿真，结果如下图：
图12 改进后的一次正弦波仿真波形
从仿真结果可以发现，波形的峰峰值又超过了V 1，对电路进行理论分析，发现因为使用的单电源，偏置电阻ΩK 10影响了原本与地直接只有ΩK 10的3R 的阻值，串上了偏置电
阻。根据二阶压控电压源电路的放大倍数公式3
41R R
A v +=进行电阻的调整。取Ω=K R 1003得
到的满足条件的峰峰值为V 1的一次正弦波。上面的波形是从锯齿波发生电路输出的锯齿波，下面的是经过低通滤波器之后产生的一次正弦波波形，两个波形的峰峰值单位都是
Div V /5，可知波形在KHz KHz 10~8的仿真结果都满足实验要求。该部分的仿真设计就完成了。
图13 一次正弦波仿真波形
3.4 二次正弦波发生电路
二次正弦波的电路的设计思路是通过一个通带为z 30~z 24KH KH 的带通滤波器。设计该滤波器是采用的无限增益多路反馈（MFB ）电路。该电路的电路图如下所示。
图14 无限增益多路反馈电路原理图
该电路有以下公式方便参数选择
1
3
0002
3212
1202)(R R A w BW BW f
BW w Q C R R R R R w v -=<<≈
+=
时或 为了使通带更加平坦，应该尽量使Q 值大，查二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表
归一化电路元件值()ΩK
Q
电路元件 增益
1 2 4 6 8
10 5
3
21R R R
915
.15162.0958.7
915
.15166.0979.3
915
.15173.0989.1
915
.15181.0326.1
915
.15189.0995.0
915
.15199.0796.0
10
3
21R R R
831
.31080.0915.15
831
.31080.0958.7
831
.31081.0079.3
831
.31082.0635.2
831
.31083.0989.1
831
.31084.0592.1
表1-2 无限增益多路反馈电路参数选择表
参数选择如下：
Ω
=Ω=Ω===K R R K R Q A v 831.3183989.110
8
321 仿真的电路图如下图所示：
图15 无限增益多路反馈电路（带通滤波器）
对电路进行波形仿真时发现，当接入一个波形发生器进行测试的时候，输出的波形不会随着输入信号的频率变化而变化，始终为z 17KH 左右，于是想到没有接输入信号，直接查看输入端和输出端的波形，结果如下：
图16 无限增益多路反馈电路的自激振荡仿真波形
仿真的波形图中上面的波形是A 端，即输入端的波形，下面的波形是输出端的波形，两个探针A/B 分别放在输入和输出端。这里没有输入的信号，输出却稳定在将近z 18KH ，可知电路产生了自激震荡。
对电路进行改进，重新选取参数
()
nF
w R R R R R C K R R K R A Q v 6.3102721016200108200
10816200796.01052
3
3332
032121321≈???????+?=+=
Ω=Ω=Ω===π
对电路的波形进行仿真，发现峰峰值比较小，与实验要求差距较大，由
1
323212
12
02R R A C R R R R R w v
-=+=
，，可知，缩小1R 的值会使放大倍数v A 增大，而且对通带的中心频率0w 影响也较小。电容值取实验室有的电容nF
C 3.3=。改进后的电路图如下所示
图17 改进后的无限增益多路反馈电路
对电路进行仿真，查看仿真出的波形结果如下图，由波形可以知道该电路产生的三次正弦波的频率是满足实验要求的，但是峰峰值没有达到要求的9V。两个波形的峰峰值单位分别是Div
1和Div
V/
5
V/
图18 三次正弦波仿真波形
4 原理总图
图19 总体方框图
5 元器件清单
表1-3 元器件清单
序号名称型号参数数量备注
1555定时器NE5551
2四运放LM324LM3243
3电容0.01uf2
4电容 3.3nf3
5电容1nf1
6电阻10k6
7电阻1k1
8电阻6k1
9电阻0.6k1
10电阻20k2
11电阻2k2
12电阻0.2k1
13电阻0.162k1
14电阻16k1
15电阻 3.3k1
16电阻 6.8k1
17电阻35k1
18电位器2k1
6 调试过程及测试数据（或者仿真结果）
为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。
6.1 通电前检查
电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。
6.2 仿真结果
图20 总体仿真波形图
6.3实验结果分析
观察示波器上显示波形，可以看出方波和锯齿波以及正弦波波形良好，没有失真现象，达到了课题的要求。
7 小结
本次实验时间较长，在仿真设计电路的阶段占了很大一部分时间，拖慢了实验进度。在电路仿真设计中，开始没有选取实验要求使用的LM324运放，导致在设计无限增益多路反馈电路时出现了自激振荡而找不到具体的原因。掌握了单电源的使用方法，以及对单电源电路的参数选择，以及尽量减小单电源偏执电路对原电路影响的方法。了解了运放的型号不同，参数会有所不同，会很大地影响电路仿真的结果。在实际电路的制作过程中，因为电阻、电容值的误差，实际需要进行参数的再次调整，而且有些电路焊接的影响在电路仿真阶段是无法预知的。
8 体会
通过这次课设使我学到了很新的东西，知道了怎样去设计电路、调试电路以及对电路进行修正，体会到了理论与实践的差异。课程设计虽然有点难．但是确实能锻炼我们对知识的掌握以及运用理论指实践的能力。当我一着手清理自己的设计成果，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，通过课程设计，使我深体会到，干任何事都必须耐心，细致．通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，同时也是我们懂得
小心谨慎的重要性。
参考文献
【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006
【2】康华光.电子技术基础（模拟部分）.华中科技大学. 高等教育出版社.2006 【3】马全喜.电子元器件与电子实习.机械工业出版社.2006
【4】何杜成、袁跃进.电机-光电显示-改进应用电路.山东科学技术出版社.2007 【5】李志健. 数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.2007
【6】杨刚、周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社.2004
电子信息工程学院 硬件课程设计实验室课程设计报告题目：波形发生器设计 年级：13级 专业：电子信息工程学院学号：201321111126 学生姓名：覃凤素 指导教师：罗伟华 2015年11月1日
波形发生器设计 波形发生器亦称函数发生器，作为实验信号源，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。 波形发生器一般是指能自动产生方波、三角波、正弦波等电压波形的电路。产生方波、三角波、正弦波的方案有多种，如先产生正弦波，再通过运算电路将正弦波转化为方波，经过积分电路将其转化为三角波，或者是先产生方波-三角波，再将三角波变为正弦波。本课程所设计电路采用第二种方法，利用集成运放构成的比较器和电容的充放电，实现集成运放的周期性翻转，从而在输出端产生一个方波。再经过积分电路产生三角波，最后通过正弦波转换电路形成正弦波。 一、设计要求： （1） 设计一套函数信号发生器，能自动产生方波、三角波、正弦波等电压波形； （2） 输出信号的频率要求可调； （3） 根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （4） 在面包板上搭出电路，最后在电路板上焊出来； （5） 测出静态工作点并记录； （6） 给出分析过程、电路图和记录的波形。 扩展部分： （1）产生一组锯齿波，频率范围为10Hz~100Hz ， V V 8p -p =； （2）将方波—三角波发生器电路改成矩形波—锯齿波发生器，给出设计电路，并记录波形。 二、技术指标 （1） 频率范围：100Hz~1kHz,1kHz~10kHz ； （2） 输出电压：方波V V 24p -p ≤，三角波V V 6p -p =，正弦波V V 1p -p ≥； （3） 波形特性：方波s t μ30r < (1kHz ，最大输出时)，三角波%2V <γ ，正弦波y~<2%。 三、选材： 元器件：ua741 2个，3DG130 4个，电阻，电容，二极管 仪器仪表： 直流稳压电源，电烙铁，万用表和双踪示波器 四、方案论证 方案一：用RC 桥式正弦波振荡器产生正弦波，经过滞回比较器输出方波，方波在经过积分器得到三角波。
摘要：单片机主要面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应测控领域应用的要求而诞生的。随着单片机技术的发展，它在芯片内部集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O接口、脉冲宽度调制器（Pulse Width Modulator，PWM）、监视定时器（Watch Dog Timer，WDT）等。这些对外电路及外设接口已经突破了微型计算机传统的体系结构，所以单片机也称为微控制器（Micro Controller）。 关键词：中央处理器；随机存储器；只读存储器
引言：一般函数发生器是由硬件组成的，它的输出频率范围宽，各项指标高，性能优良，因而在对输出波形要求较高的地方被广泛应用，这种仪器的缺点是电路复杂，成本高，输出波形种类不多，不够灵活。在对波形指标要求不高，频率要求较低的场合，可以用单片机构成一个波形发生器。产生所需要的各种波形，这样的函数发生器靠软件产生各种波形，小巧灵活，便于修改，且成本低廉，容易实现。 1设计概述 1.1 课程设计的目的 通过对本课题的设计，掌握A/D,D/A转换的应用，用单片机产生各种波形的方法及改变波形频率的方法。熟悉单片机应用系统的设计以及软硬件的调试。单片机本身并没有开发能力，必须借助开发工具即硬件开发环境才能进行开发。单片机的硬件开发环境有PC机、编程器和仿真机等。 1.2 设计的内容、要求 设计一个简易波形发生器，要求该系统能通过开关或按钮有选择性的输出正弦波、三角波、方波、及阶梯波等四种波形，并且这四种波形的频率均可通过输入电位器在一定范围内调节。 对于四种波形的切换，用两个开关的四种状态来表示（或用按钮）。选用常用的A/D转换芯片0809来实现模拟量的输入。D/A转换器选用0832来输出波形。
题目多功能信号发生器的设计与实现学生姓名王振华学号 1213014069所在学院物理与电信工程学院 专业班级电子信息工程 指导教师梁芳 完成地点物理与电信工程学院实验室 2016 年 6 月 2 日
多功能信号发生器的设计与实现 王振华 （陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业,2012级3班，陕西汉中 723000） 指导教师：梁芳 [摘要]本文介绍的是利用STC12C5A60S2单片机和数模转换器件DAC0832产生所需不同信号的低频信号源，其信号幅度和频率都是可以按要求控制的。文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法，STC12C5A60S2的基础理论，以及与设计电路有关的各种芯片。着重介绍了如何利用单片机控制D/A转换器产生上述信号的硬件电路和软件编程。信号频率幅度也按要求可调。本设计核心任务是：以STC12C5A60S2为核心，结合D/A转换器和DAC0832等器件，用仿真软件设计硬件电路，用C语言编写驱动程序，以实现程序控制产生正弦波、三角波、方波、三种常用低频信号。可以通过键盘选择波形和输入任意频率值。 [关键词]单片机； LCD1602；信号发生器；DAC0832
Design and implementation of multi function signal generator Author:Zhenhua Wang (Grade 12,Class 03,Major in Electronics & Information engineering ,Physics & Telecommunications engineering Dept., Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi) Tutor: Fang Liang Abstract:This article describes the STC12C5A60S2 microcontroller and digital to analog converter DAC0832 to produce the desired signal of the low frequency signal source, the signal amplitude and frequency can be controlled as required. The article briefly describes the structure of principles and use of the DAC0832 digital-to-analog converter, the STC12C5A60S2 basic theory and design of circuits a variety of chips. The paper focuses on how to use microcontroller to control the D / A converter to produce the hardware and software programming of the above signals. The signal frequency range is also adjustable as required.The core of the design tasks are: STC12C5A60S2 as the D / A converter and DAC0832 devices, circuit simulation software, design hardware drivers written in C, in order to achieve process control to produce sine wave, triangle wave, square wave, three commonly used low-frequency signals. Waveforms and enter any frequency value can be selected via the keyboard. Key Words：on STC12C5A60S2 function waveform generator DAC0832 square wave, triangle wave, sine wave,sawtooth wave
1.概述 波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。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。本课程采用采用RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。
2．设计方案 采用RC正弦波振荡电路、电压比较器、积分电路共同组成的正弦波—方波—三角波函数发生器的设计方法。先通过RC正弦波振荡电路产生正弦波，再通过电压比较器产生方波，最后通过积分电路形成三角波。文氏桥振荡器产生正弦波输出，其特点是采用RC串并联网络作为选频和反馈网络，其振荡频率f=1/2πRC.改变RC的值，可得到不同的频率正弦波信号输出。用集成运放构成电压比较器，将正弦波变换成方
3. 设计原理 3.1正弦波产生电路 正弦波由RC 桥式振荡电路（如图3-1所示），即文氏桥振荡电路产生。文氏桥振荡器具有电路简单、易起振、频率可调等特点而大量应用于低频振荡电路。正弦波振荡电路由一个放大器和一个带有选频功能的正反馈网络组成。其振荡平衡的条件是AF ＝1以及ψa+ψf=2n π。其中A 为放大电路的放大倍数，F 为反馈系数。振荡开始时，信号非常弱，为了使振荡建立起来，应该使AF 略大于1。 放大电路应具有尽可能大的输入电阻和尽可能小的输出电阻以减少放大电路对选频特性的影响，使振荡频率几乎仅决定于选频网络，因此通常选用引入电压串联负反馈的放大电路。正反馈网络的反馈电压U f 是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起振条件和幅值平衡条件有 31 1≥+ =R Rf Av （Rf=R2+R1//D1//D2） 且振荡产生正弦波频率 Rc f π210= 图中D1、D2的作用是，当Vo1幅值很小时，二极管D1、D2接近开路，近似有Rf ＝9.1K ＋2.7K ＝11.8K ，，Av=1+Rf/R1=3.3>=3,有利于起振；反之当Vo 的幅值较大时，D1或D2导通，Rf 减小，Av 随之下降，Vo1幅值趋于稳定。
目录 1 引言 (1) 1.1 题目要求及分析 (1) 1.1.1 示意图 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 波形发生器系统设计方案 (2) 2.1 方案的设计思路 (2) 2.2 设计框图及系统介绍 (2) 2.3 选择合适的设计方案 (2) 3 主要硬件电路及器件介绍 (4) 3.1 80C51单片机 (4) 3.2 DAC0832 (5) 3.3 数码显示管 (6) 4 系统的硬件设计 (8) 4.1 硬件原理框图 (8) 4.2 89C51系统设计 (8) 4.3 时钟电路 (9) 4.4 复位电路 (9) 4.5 键盘接口电路 (10) 4.7 数模转换器 (11) 5 系统软件设计 (12) 5.1 流程图： (12) 5.2 产生波形图 (12) 5.2.1 正弦波 (12) 5.2.2 三角波 (13) 5.2.3 方波 (14) 6 结论 (16) 主要参考文献 (17) 致谢...................................................... 错误！未定义书签。
1引言 1.1题目要求及分析 题目：基于51单片机的波形发生器设计，即由51单片机控制产生正弦波、方波、三角波等的多种波形。 1.1.1示意图 图1：系统流程示意图 1.2设计要求 (1) 系统具有产生正弦波、三角波、方波三种周期性波形的功能。 (2) 用键盘控制上述三种波形（同周期）的生成，以及由基波和它的谐波（5次以下）线性组合的波形。 (3) 系统具有存储波形功能。 (4) 系统输出波形的频率范围为1Hz～1MHz，重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz，非正弦波的频率按照10次谐波来计算。 (5) 系统输出波形幅度范围0～5V。 (6) 系统具有显示输出波形的类型、重复频率和幅度的功能。
课程设计报告书 波形发生器 学院电子与信息学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 课程编号 课程学分1 起始日期2017 波形发生器 一、选题背景 波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。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、矩形波的函数波形发生器。 二、方案论证 1、设计题目要求 1.1、功能要求 同时三通道输出，采用正弦波、矩形波、三角波的级联结构； 电源由稳压电源供给； 1.2、指标要求： 输出电压要求正弦波Vp-p>10V、矩形波Vp-p>10V、三角波Vp-p>4V； 输出波形频率范围为100Hz—2kHz；
通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%； 矩形波占空比可调整，调整范围：10%～90%； 2、总体设计方案 2.1设计思路 根据模拟电子技术基础课程，可通过RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波，通过比较器变换成矩形波，再通过积分电路变换成三角波；或者同过滞回比较器和RC电路组成的矩形波发生电路产生矩形波，通过积分电路变换成三角波，再用滤波法变换成正弦波。 2.2设计方案 满足上述设计功能可以实施的方案很多，现提出以下几种方案： 2．2．1方案一 ①原理框图 图2.2.1方案一原理框图 ②基本原理 通过RC桥式正弦波振荡电路，产生正弦波，改变电阻R和电容C的值实现频率可调；通过单限比较器，产生矩形波，接入参考电压，通过改变与参考电压串联电阻的阻值，实现占空比可调；通过积分电路，产生三角波。 2．2．2方案二 ①原理框图
课题三 多种波形发生器的设计与制作 方波、三角波、脉冲波、锯齿波等非正弦电振荡信号是仪器仪表、电子测量中最常用的波形，产生这些波形的方法较多。本课题要求设计的多种波形发生器是一种环形的波形发生器，方波、三角波、脉冲波、锯齿波互相依存。电路中应用到模拟电路中的积分电路、过零比较器、直流电平移位电路和锯齿波发生器等典型电路。通过对本课题的设计与制作，可进一步熟悉集成运算放大器的应用及电路的调试方法，提高对电子技术的开发应用能力。 1、 设计任务 设计并制作一个环形的多种波形发生器，能同时产生方波、三角波、脉冲波和锯齿波，它们的时序关系及幅值要求如图3-3-1所示。 图3-3-1 波形图 设计要求： ⑴ 四种波形的周期及时序关系满足图3-3-1的要求，周期误差不超过%1±。 ⑵ 四种波形的幅值要求如图3-3-1所示，幅值误差不超过%10±。 ⑶ 只允许采用通用器件，如集成运放，选用F741。
要求完成单元电路的选择及参数设计，系统调试方案的选取及综合调试。 2、设计方案的选择 由给定的四种波形的时序关系看：方波决定三角波，三角波决定脉冲波，脉冲波决定锯齿波，而锯齿波又决定方波。属于环形多种波形发生器，原理框图可用3-3-2表示。 图3-3-2 多种波形发生器的方框图 仔细研究时序图可以看出，方波的电平突变发生在锯齿波过零时刻，当锯齿波的正程过零时，方波由高电平跳变为低电平，故方波发生电路可由锯齿波经一个反相型过零比较器来实现。三角波可由方波通过积分电路来实现，选用一个积分电路来完成。图中的u B电平显然上移了+1V，故在积分电路之后应接一个直流电平移位电路，才能获得符合要求的u B波形。脉冲波的电平突变发生在三角波u B的过零时刻，三角波由高电平下降至零电位时，脉冲波由高电平实跳为低电平，故可用一个同相型过零比较器来实现。锯齿波波形仍是脉冲波波形对时间的积分，只不过正程和逆程积分时常数不同，可利用二极管作为开关，组成一个锯齿波发生电路。由上，可进一步将图3-3-2的方框图进一步具体化，如图3-3-3所示。 图3-3-3 多种波形发生器实际框图 器件选择，设计要求中规定只能选用通用器件，由于波形均有正、负电平，应选择由正、负电源供电的集成运放来完成，考虑到重复频率为100Hz(10ms),故选用通用型运放F741（F007）或四运放F324均可满足要求。本设计选用F741。其管脚排列及功能见附录三之三。
基于51单片机的多功能波形发生器设计 1.设计目的与任务 《电子信息工程专业方向》课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在教师指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。其基本目的是：培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用电路设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固，加深和扩展有关电子类方面的知识。 通过课程设计，应能加强学生如下能力的培养： （1）自身的独立工作能力和创造力； （2）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力； （3）查阅图书数据、产品手册和各种工具书的能力； （4）工程绘图的能力； （5）编写技术报告和编制技术资料的能力； 2.设计指标与技术要求 （1）借助现有的单片机系统； （2）能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波等波形； （3）各种波形频率可调，频率X围为100－3000Hz； （4）正弦波输出电压为5V峰峰值，方波、三角波、锯齿波输出电压为5V （5）采用8位D/A转换器；
（6）进行硬件平滑滤波； （7）编写程序并调试； （8）提供程序清单；。 （9）能实物演示 3.总体设计 图1.1所示是基于单片机的多波形发生器的总体设计流程图。 图1.1总体设计流程图 3.1总体设计功能说明： 根据设计要求，分析得本次设计需要硬件和软件两部分。 硬件上，如图。键盘输入部分主要用于选择波形。键盘共设4个键，用于选择三角波、矩形波、锯齿波、正弦波4种不同的波形，。89C51单片机用来执行某一波形发生程序，向D／A转换器的输入端发送数据，将其转化成模拟量，并通过运算放大器调节波形的幅值，经过滤波器的滤波，从而在输出端得到所需的波形。 软件上，如图。可由硬件设计好后，再根据要求进行具体编写。程序的主要功能是：首先程序在开始后，先判断P0.0，P0.1 ，P0.2相应的波形,然后根据选择的波形输出相应的波形.程序将根据要求进行调节波形.再下一步程序再判断用户继续从键盘输入要输出的波形，可以进行必要的延迟。
一、实验目的 （1）熟悉555型集成时基电路结构、工作原理及其特点。 （2）掌握555型集成时基电路的基本应用。 （3）掌握由555集成型时基电路组成的占空比可调的方波信号发生器。 二、实验基本原理 555电路的工作原理 555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。 555芯片管脚介绍 555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2(A)所示，按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。
用555定时器组成的多谐振荡器如图所示。接通电源后，电容C2被充电，当电容C2上端电压Vc 升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平，同时555内放电三极管T 导通，此时电容C2通过R1放电，Vc 下降。当Vc 下降到Vcc/3时，V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为 2ln 12??=C R t pL ( 1-1) 当放电结束时，T 截止，Vcc 将通过R1，R2，R3向电容器C2充电，Vc 由Vcc/3 上升到2Vcc/3所需的时间为 22)321(7.02ln )321(C R R R C R R R t pH ++=++= (1-2) 当Vc 上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4，其中的震荡频率为 ： f=1/（tpL+tpH ）=1.43/(2R1+R2+R3) C2 (1-3) 三、实验设计目标 波形发生器是建立在模拟电子技术基础上的一个设计性实验，它是借助综合测试板上的555芯片和一片通用四运放324芯片，以及各种电阻、电感、电容等基本元器件，从而设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路，其借助于计算机软件multisim 仿真以及电路板硬件调
《基于Verilog HDL语言的多功能波形发生器设计》第1页共22页 基于Verilog HDL语言的多功能波形发生器设计 学生姓名：指导老师： 摘要：本文主要探索了应用EDA灵活可重复编程和方便在系统重构的特性，以Verilog HDL为设计语言，将硬件功能以软件设计来描述，提高了产品的集成度，缩短开发周期。所设计的波形发生器可产生正弦波（sina_wave）、锯齿波（swat_wave）、矩形波（squr_wave）、三角波（trig_wave）四种信号，能够实现信号的转换并且频率可调；设计的频率计以1Hz为基准信号，测量的范围是1Hz—9999Hz，测量的结果以四位十进制的形式输出。能实现任意波形的输出并且能够测量外来信号的频率，这也是本文的设计思路。 关键词: DDS;；Verilog HDL；EDA；Max+PlusⅡ；波形发生器 Abstract:This article explores the application of EDA to facilitate flexible and reprogrammable and reconstruction in the system features to Verilog HDL design language, the hardware functions to software design to describe and improve product integration, shorten the development cycle. Waveform generator designed to produce sine wave (sina_wave), ramp (swat_wave), rectangular wave (squr_wave), triangular wave (trig_wave) four signals, to achieve signal conversion and frequency adjustable; designed to 1Hz frequency counter For the reference signal, measured in the range 1Hz-9999Hz, the measurement results in the form of four decimal output. which is the design idea of this article . Key words: DDS; Verilog HDL;EDA; Max+PlusⅡ; a rbitrary waveform generator
课程设计报告 学生姓名:学号： 学院:电气工程学院 班级: 题目: 函数波形发生器的设计 指导教师：职称: 年月日
一． 设计要求 函数波形发生器 基本要求： （1）用运算放大器和分立元件实现，生成方波、三角波、矩形波 （2）波形的幅值、频率可调 （3）用运算放大器和分立元件实现正弦波（拓展） 二． 设计原理及框图 图1 方波、三角波、正弦波、锯齿波、矩形波信号发生器的原理框图 原理： 1.该电路通过电压比较器即可组成方波信号发生器。 2.然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波， 还可得到额外的矩形波。 3.三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。 电压比较器 方波 占空比可调 积分电路 锯齿波 积分电路 三角波 低通发生器 正弦波 通过四综示波器将三角波、方波、锯齿波、矩形波、正弦波显示出来 矩形波
三．器件说明 类型规格数量备注 电阻20KΩ 1 R1 10KΩ 3 R2、R3、R4 5KΩ 1 R5 510Ω 2 R11、R12 滑动变阻器50KΩ 1 R6 20 KΩ 2 R7、R8 5MΩ 1 R9 100KΩ 1 R10 集成运放3554AM 2 U1、U2 电容240nF 1 C1 2.2uF 2 C2、C3 开关单刀双掷开关 1 J1 普通二极管1N4148 1 D3 稳压二极管1N4731A 2 D1、D2 示波器四综示波器 1 XSC1
四．设计过程 4.1方波——三角波设计电路原理 图2 方波-三角波函数发生器电路 参数的计算为： 1.方波接入示波器的A通道，三角波接入示波器的B通道。 2.将比较器的输出电平稳定在±5V，选用IN4731(4．3V)，其Uo=±(4．3+0．7)=±5V。 3.可变电阻R7、R8用来改变电阻比值以改变方波和三角波的输出幅值。取R2为10kΩ，则R1为20kΩ，需要改变幅值时再使用可变电阻。 4.f0需在10Hz到100Hz的范围内以10倍频程变化，则电路用电容C1来实现10倍频程变化，用R=R5+R6来实现每个频程内的f0的连续变化，设R5为5k Ω，则R6约为50kΩ，计算f0从10Hz到100Hz时电路中的电容C1有： ，
目录 第一章单片机开发板 (1) 1.1 开发板制作 (1) 1.1.1 89S52单片机简介 (1) 1.1.2 开发板介绍 (2) 1.1.3 89S52的实验程序举例 (3) 1.２开发板焊接与应用 (4) 1.2.1开发板的焊接 (4) 1.2.2开发板的应用 (5) 第二章函数信号发生器 (7) 2.1电路设计 (7) 2.1.1电路原理介绍 (7) 2.1.2 DAC0832的工作方式 (9) 2.2 波形发生器电路图与程序 (10) 2.2.1应用电路图 (10) 2.2.2实验程序 (11) 2.2.3 调试结果 (15) 第三章参观体会 (16) 第四章实习体会 (17) 参考文献 (18)
第一章单片机开发板 1.1 开发板制作 1.1.1 89S52单片机简介 图1.1 89s52 引脚图 如果按功能划分，它由8个部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM/EP ROM）、I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SF R）的集中控制方式。 各功能部件的介绍： 1）数据存储器（RAM）：片内为128个字节单元，片外最多可扩展至64K字节。 2）程序存储器（ROM/EPROM）：ROM为4K，片外最多可扩展至64K。 3）中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。 4）定时器/计数器：2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。 5）串行口：1个全双工的串行口，具有四种工作方式。 6）特殊功能寄存器（SFR）共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、监控、监视。 7）微处理器：为8位CPU，且内含一个1位CPU（位处理器），不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。 8）四个8位双向并行的I/O端口，每个端口都包括一个锁存器、一个输出驱动器和一个输入缓冲器。这四个端口的功能不完全相同。 A、P0口既可作一般I/O端口使用，又可作地址/数据总线使用； B、P1口是一个准双向并行口，作通用并行I/O口使用； C、 P2口除了可作为通用I/O使用外，还可在CPU访问外部存储器时作高八位地址线使用； D、P3口是一个多功能口除具有准双向I/O功能外，还具有第二功能。 控制引脚介绍： 1）电源：单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。 2）时钟引脚XTAL1、XTAL2时钟引脚外接晶体与片内反相放大器构成了振荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可外接晶体振荡器。 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，
目录 第一章概述 (2) 第二章设计任务 (3) 第三章硬件设计 (3) 3.1系统主体构造 (3) 3.2硬件元件概述 (3) 3.3硬件连接 (9) 3.4硬件参数简介 (10) 第四章软件设计 (10) 4.1锯齿波程序设计 (11) 4.2三角波程序设计 (12) 4.3正弦波程序设计 (13) 第五章系统功能描述和功能 (15) 第六章设计心得 (16) 第七章参考文献 (16) 附录 (16) 程序设计 (20)
第一章概述 课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在教师指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。 课程设计的基本目的是：培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用电路设计和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固，加深和扩展有关电子类方面的知识。 课程设计的主要任务是运用所学微控制器技术、微机原理等方面的知识，设计出一台以AT89C51为核心的单片机数据采集、通讯或测控系统，完成信息的采集、处理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。 多功能波形发生器设计课题需要充分灵活运用编程语言所提供的各种指令语句，巧妙利用软硬件实现以上所要求的功能，在程序逻辑设计上也要求正确，合理的对项目进行分解分块，合理的逻辑设计可以起到事半功倍的效果，是整个项目当中最富有创新性和挑战性的部分。
第二章设计任务 本次设计要求采用单片机和DAC设计波形发生器，具体要求如下：（1）利用单片机和DAC0832产生三角波、正弦波等波形。 （2）完成DAC与运放的连接，输出可供示波器显示。 （3）用按键改变波型的种类，同时显示波形的代号，波形的幅值与频率。 第三章硬件设计 3.1 系统主体构造 芯片方面选用AT89C51与DAC0832为主要芯片，根据要求采用键盘选择产生的波形的类型，所以基本电路有键盘电路，数模转换电路。整体框架图如下所示： 3.2硬件元件概述
DAC的输出控制 班级： 1221201 专业：测控技术与仪器 姓名： xxxxx 学号： xxxxx 指导老师：周伟 东华理工大学 2015年1月12日
目录 第1章系统设计方案 (2) 1.1 设计思路 (2) 1.2 方案比较与选择 (2) 第2章系统硬件设计……………………………………………………………………….2. 2.1 主控制器电路 (2) 2.2 数模转换电路 (3) 第3章系统软件设计…………………………………………………………………….. .6 3.1 系统整体流程………………………………………………………………………….. .6 3.2 数模转换程序………………………………………………………………………….. .6 第4章系统调试 (8) 4.1 proteus的调试 (8) 第5章结论与总结 (11) 5.1 结论 (11) （系统总体设计与完成做一个总结，是客观的，主要包括：设计思路，设计过程，测试结果及完善改进的方向。） 5.2 总结 (11) （这是一个主观的总结，谈谈自己收获和不足等方面的内容。）
第1章系统设计方案 1.1 设计思路 （一）、课设需要各个波形的基本输出。如输出矩形波、锯齿波，正弦波。这些波形的实现的具体步骤：正弦波的实现是非常麻烦的。它的实现过程是通过定义一些数据，然后执行时直接输出定义的数据就可以了。然而为了实现100HZ的频率，终于发现，将总时间除了总步数，根据每步执行时间，算出延时时间，最终达到要求，然后建一个表通过查表来进行输出，这样主要工作任务就落到了建表的过程中。这样做的好处在于，查表所耗费的时钟周期相同，这样输出的点与点之间的距离就相等了，输出的波形行将更趋于完美，当然更让我们感到的高兴的是它输出波形的频率将近达到了100赫兹，能够满足我们设计的扩展要求了。而三角波，则每次累加1，当达到初值时，每次累减1，算出延时时间，也就达到要求了，矩形波和锯齿波类似。 （二）、这次做的三种波形可以相互转换，这个实现起来找了很多人最终发现，在每次循环之初进行扫描，而在每个中断入口处，对中断优先级进行设定，最终达到设计目的。 1.2 方案比较与选择 方案一：采用模拟电路搭建函数信号发生器，它可以同时产生方波、三角波、正弦波。 但是这种模块产生的不能产生任意的波形（例如梯形波），并且频率调节很不方便。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定 在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。 方案三：使用集成信号发生器发生芯片，例如AD9854,它可以生成最高几十MHZ的波形。 但是该方案也不能产生任意波形（例如梯形波），并且价格昂贵。 方案四：采用AT89C51单片机和DAC0832数模转换器生成波形，加上一个低通滤波器， 生成的波形比较纯净。它的特点是可产生任意波形，频率容易调节，频率能达到设计的500HZ 以上。性能高，在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 经比较，方案四既可满足课程设计的基本要求又能充分发挥其优势，电路简单，易控制，性价比高，所以采用该方案. 第2章系统硬件设计 2.1 主控制器电路 89C52可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即A口、B口和C口，对应于引脚PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。其内部还有一个控制寄存器，即控制口。通常A口、B口作为输入输出的数据端口。C口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成4位的端口，每个端口包含一个4位锁存器。它们分别与端口A／B配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 89C52可编程并行接口芯片工作方式说明:
1.设计题目:波形发生电路 2.设计任务和要求: 要求：设计并用分立元件和集成运算放大器制作能产生方波和三角波波形的波形发生器。 基本指标：输出频率分别为：102H Z 、103H Z ；输出电压峰峰值V PP ≥20V 3.整体电路设计 1）信号发生器: 信号发生器又称信号源或振荡器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波。通过模拟电子技术设计的波形发生器是一个不需要外加输入信号，靠自身振荡产生信号的电路。2）电路设计： 整体电路由RC振荡电路，反相输入的滞回比较器和积分电路组成。 理由：a）矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分； b）产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈； c）输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。 RC振荡电路：即作为延迟环节，又作为反馈电路，通过RC充放电实现输出状态的自动转换。 反相输入的滞回比较器：矩形波产生的重要组成部分。 积分电路：将方波变为三角波。 3）整体电路框图： 为实现方波，三角波的输出,先通过 RC振荡电路，反相输入的滞回比较器得到方波，方波的输出，是三角波的输入信号。三角波进入积分电路，得出的波形为所求的三角波。其电路的整体电路框图如图1所示：
图1 4）单元电路设计及元器件选择 a ） 方波产生电路 根据本实验的设计电路产生振荡，通过RC 电路和滞回比较器时将产生幅值约为12V 的方波，因为稳压管选择1N4742A （约12V ）。电压比较电路用于比较模拟输入电压与设定参考电压的大小关系，比较的结果决定输出是高电平还是低电平。滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较，以决定输出电压。图3为一种滞回电压比较器电路，双稳压管用于输出电压限幅，R 3起限流作用，R 2和R 1构成正反馈，运算放大器当u p >u n 时工作在正饱和区，而当u n >u p 时工作在负饱和区。从电路结构可知，当输入电压u in 小于某一负值电压时，输出电压u o = -U Z ；当输入电压u in 大于某一电压时，u o = +U Z 。运算放大器在两个饱和区翻转时u p =u n =0，由此可确定出翻转时的输入电压。u p 用u in 和u o 表示，有 2 1o 1in 22 1o 2 in 1p 111 1R R u R u R R R u R u R u ++= ++= 根据翻转条件，令上式右方为零，得此时的输入电压 th Z 2 1 o 21in U U R R u R R u ==-= U th 称为阈值电压。滞回电压比较器的直流传递特性如图4所示。设输入电压初始值小于-U th ，此时u o = -U Z ；增大u in ，当u in =U th 时，运放输出状态翻转，进入正饱和区。如果初始时刻运放工作在正饱和区，减小u in ，当u in = -U th 时，运放则开始进入负饱和区。 RC 振荡电路 积分电路 方波 三角波 反相输入的滞回比较 生成 生成 输入 积分电路 输入
《电子技术》 课程设计说明书 题目名称：多种波形发生器的设计姓名：xxx 学号：xxx 班级：xxx 指导教师：xxx 2013年1 月 4 日
摘要 波形发生器是一种能够产生大量标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制的一类新型信号源。 本设计的设计方案是把滞回比较器和积分器首尾相接组成一个正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经过积分器可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成法波；三角波—正弦波的转换电路主要由差分放大电路来完成，差分放大电路具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强等优点。特别是作为直流放大器，可以有效抑制零点漂移，因此可以将频率很低的三角波变换成正弦波。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。 关键词：信号源；滞回比较器；积分器；波形发生器 多种波形发生器的设计背景 波形发生器是随着众多领域对于复杂的、可由用户定义的测试波形的需要而形成和发展起来的，它的主要特点是可以产生任何一种特殊波形，输出信号的频率、电平以及平滑低通滤波的截至频率也可以作到程序设置，因此在机械性能分析、雷达和导航、自动测试系统等方面得到广泛的应用。而对AWG的控制、数据传输、输出信号的频率和电平设置都可以通过微机打印口在EPP工作模式下设计完成。这样不仅具有设计简单，占用微机资源较少的优点，而且操作简单，使用方便，易于硬件升级。 波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，具有高精度、可重复性、易操作性、连续的相位变换和频率稳定性，还可以对频率、幅值、相移、波形进行动态及时的控制。随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。
波形发生器设计 设计总说明 本系统采用AT89C51单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）运算放大器、按键等。采用AT89C51单片机和DAC0832芯片，直接连接键盘和显示。该种方案主要对AT89C51单片机的各个I/O口充分利用. P1口是连接键盘以及接显示电路,P2口连接DAC0832输出波形.这样总体来说,能对单片机各个接口都利用上,而不在多用其它芯片,从而减小了系统的成本.也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成.占用空间小,使用芯片少,低功耗。 通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波、梯形波、锯齿波。其设计简单、性能优好，具有一定的实用性。正弦波、三角波、方波、梯形波、锯齿波是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。 关键字：AT89C5，DAC0832，运算放大器
目录 1绪论 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计容 (1) 2系统设计方案 (3) 2.1系统组成 (3) 2.2系统工作原理 (3) 3系统硬件电路设计 (4) 3.1单片机最小系统设计 (4) 3.2其他硬件模块电路设计 (4) 3.2.1 DAC0832芯片介绍 (4) 3.2.2单片机AT89C51介绍 (6) 4系统软件程序设计 (10) 4.1主程序设计 (10) 4.2其他子程序设计 (11) 4.2.1锯齿波流程设计 (11) 4.2.2梯形波流程设计 (12) 4.2.3三角波流程设计 (13) 4.2.4方波流程设计 (14) 4.2.5正弦波流程设计 (15)
5 调试与仿真 (18) 6 总结 (19) 致 (21) 参考文献 (22)
正 文 1 选题背景 波形发生器又名信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用。如今作为电子系统心脏的信号源的性能很大程度上决定了电子设备和系统的性能的提高，因此随着电子技术的不断发展，现今对信号源的频率稳定度、频谱纯度和频率范围以及信号波形的形状提出越来越高的挑战。 1.1指导思想 利用NE555构成多谐振荡器产生方波，根据LM324输出的锯齿波分别通入低通滤波器和高通滤波器就可以输出正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ。 1.2 方案论证 方案一：使用NE555芯片构成多谐振荡器，输出方波，通过锯齿波发生电路产生锯齿波，然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器，通过滤波产生一次，8KHz 到10KHz 的正弦波，然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器，输出三次正弦波。其中滤出三次谐波的理论依据是，由于锯齿波是一个关于t 的周期函数，并且满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点，且在这些间断点上，函数是有限值；在一个周期内具有有限个极值点；绝对可积。 方案二：使用功放构成文森桥式震荡电路，产生出8KHz~10KHz 的正弦波。接着是用NE555芯片，搭建出施密特触发电路，产生脉冲波输出；将脉冲波分别输入一个KHz f H 10=的低通滤波器和24KHz~30KHz 的带通滤波器电路中，产生一次和三次正弦波。 最初方案设计的大体思路在方案一和方案二之间犹豫不决，于是将两个电路的大体电路都进行了简单的设计，发现方案二存在很多的问题很难解决。 问题一：如果使用文森桥式震荡器产生正弦波，改变震荡频率就需要改变RC 常数，要同时改变两个R （在实际电路中，同时改变两个电容的值是很复杂的，而且这样也无法得到一个8KHZ~10KHz 的连续的频率），需要双滑动变阻器并且要保证滑动变阻器改变的值完全相同，有一定困难。 问题二：NE555芯片搭建出来的是一个简单的施密特触发器，输入正弦波之后，输出的脉冲波的占空比是不可以调整的，不满足实验要求的占空比可调的条件。要是施密特触发器产生的脉冲波的占空比可调会是该电路进一步复杂化。 问题三：LM324芯片的功放不够，由于有Ω600负载电阻的限制，输出波形的峰峰值不能简单的通过电阻的分压来实现。 鉴于方案二存在的问题能以解决，我们就确定选择方案一的整体思路进行方案的设计。 1.3 基本设计任务 用555 定时器和四运放LM324 设计并制作一个频率可变的、能够同时输出脉冲波、