一、设计目的
（1）进一步学习和掌握电子电路的工作原理，培养学生设计电子电路的能力；（2）学会使用Multisim11软件做仿真实验，修改、完善、验证和实现电路的设计方案；
（3）掌握波形发生器的结构。
二、设计任务和要求
要求：
1．设计内容为方波-三角波-正弦波函数发生器；
2．给定条件为采用双运放μA747运算放大器设计或其它电路完成。通过查找资料选定两个以上方案，进行比较论证，确定一个较好的方案。
3．设计参数-性能指标要求
（1）频率范围：100HZ∽1KHZ，1KHZ∽10KHZ；
（2）输出电压：方波U
P-P =24V，三角波U
P-P
=6V，正弦波U>1V；
波形特性：方波t
r
<10s(1KHZ，最大输出时)，三角波失真系数r< 2%，正弦波失真系数r<5%。
三、原理电路设计：
（1）方案的提出
方案一：
①先由文氏桥振荡产生一个正弦波信号（右图）
②把文氏桥产生的正弦波通过一个过零比较器
从而把正弦波转换成方波。
③把方波信号通过一个积分器。转换成三角波。
方案二：
①由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。（下图）
②然后通过低通滤波把三角波转换成正弦波信号。
方案三：
①由比较器和积分器构成方波三角波产生电路。（电路图与方案二相同）
②用折线法把三角波转换成正弦波。(下图)
（2）方案的比较与确定
方案一：
文氏桥的振荡原理：正反馈RC网络与反馈支路构成桥式反馈电路。当R1=R2、时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时，C1=C2。即f=f
如果要满足振荡条件R4/R3=2时，起振很慢。如果R4/R3大于2时，正弦波信号顶部失真。调试困难。RC串、并联选频电路的幅频特性不对称，且选择性较差。因此放弃方案一。
方案二：
把滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，就构成三角波发生器和方波发生器。比较器输出的风波经积分可得到三角波、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和方波发生器。
通过低通滤波把三角波转换成正弦波是在三角波电压为固定频率或频率变化范围很小的情况下使用。然而，指标要求输出频率分别为102H Z、103H Z和104Hz。因此不满足使用低通滤波的条件。放弃方案二。
方案三：
方波三角波发生器原理如同方案二。
比较三角波和正弦波的波形可以发现，在正弦波从零逐渐增大到峰值的过程中，与三角波的差别越来越大;即零附近的差别最小,峰值附近差别最大。因此，根据正弦波与三角波的差别，将三角波分成若干段，按不同的比例衰减，就可以得到近似与正弦波的折线化波形。而且折线法不受频率范围的限制，便于集成化。
综合以上三种方案的优缺点，最终选择方案三来完成本次课程设计。
四、单元电路设计（课本p49）
运算放大器U5A与R17、R15构成一个放大系数为10的反相比例运算放大电路。通过反相放大而达到峰峰值大于20V。
运算放大U4B构成三角波转换正弦波的三段折线法。当三角波幅值为0-0.28V时，反馈电阻为R8=27K。当三角波幅值增大到0.28到0.84V之间时。反馈电阻为R8//R16=11K。当三角波幅值大于0.84V时，反馈电阻为R8//R16//R7=80Ω。因此，通过电容C3的隔直与电位器R11的分压，选择幅值约为1.2V左右的三角波输入运算放大器U4B，再由三段折线法转换成近似与正弦波的折线化波形。（由计算机计算分析表明，三段折线法的折线化波形与正弦波相似95%）。由仿真软件得输出正弦波幅值约为1.25V。
最后，运算放大U3A为反相比例运算放大。由折线法转换得来的正弦波经过运算放大U3A的反相放大得到峰值为10.5V左右的正弦波。
（4）元件选择：
①选择集成运算放大器
由于方波前后沿与用作开关的器件U1A的转换速率SR有关，因此当输出方波的重复频率较高时，集成运算放大器A1应选用高速运算放大器。
集成运算放大器U2B的选择：积分运算电路的积分误差除了与积分电容的质量有关外，主要事集成放大器参数非理想所致。因此为了减小积分误差，应选用输入失调参数（VI0、Ii0、△Vi0/△T、△Ii0/△T）小，开环增益高、输入电阻高，开环带较宽的运算放大器。
反相比例运算放大器要求放大不失真。因此选择信噪比低，转换速率SR高的运算放大器。
经过芯片资料的查询，TL082双运算放大转换速率SR=14V/us。符合方波产生电路。而U2B选择通用型的LM741.两个反相比例运算放大选择号称“音响之皇”的NE5532低噪运算放大器。该双运算放大转换速率SR=9V/us。
②选择稳压二极管
稳压二极管Dz的作用是限制和确定方波的幅度，因此要根据设计所要求的方波幅度来选稳压管电压Dz。为了得到对称的方波输出，通常应选用高精度的双向稳压管
③电阻为1/4W的金属薄膜电阻。
④电容为普通瓷片电容与电解电容。
⑤开关为自锁式单刀三掷开关。
四、电路调试过程与结果：
波形频率：
通过精确电位器R5、R19、R20使得三种波形频率连续可调。因此频率100、1000、10000Hz
理论设计数据方波峰峰值
理论设计数据三角波峰峰值：
理论设计数据正弦波峰峰值：
误差分析
a.电阻的误差为5%，这是造成误差主要原因。
b.仿真所加电压18V,实测时芯片所加电压为16V。
c.示波器读数时的误差。
五、总结
优点：①设计作品输出波形基本不失真
②波形频率达到100、1000、10000Hz。并且在100-10000Hz的范围
内连续可调。
③波形峰峰值皆大于20V。符合了设计要求的全部指标。
④焊接板排版缜密，焊接没有跳线。
缺点：①方波在频率为10000Hz时峰峰值转换时差为5-6us。导致方波出现了失真。
②正弦波由折线法把三角波折线而来。导致了其还存在一定的差别。
③电路的电源输入由于没有保护电路。在调试时正负电源接反而把芯
片烧了。
针对3个缺点各自的改进方案：
缺点1：把方波产生电路的运算放大换成超高转速的集成运算放大
器。例如：LM318H
缺点2：本设计是由三段折线法把三角波转换成正弦波的。为使产生
的折线化波形更加接近正弦波，可以用4段折线法或者5
段甚至6段。
缺点3：在电源接入端加上二极管保护电路（右图），
这样即可以保证正负电源接反时不导通，
又可以在把直流电源电错接成交流电时起
整流桥的作用。
电路以后可改进方案：
①通过以下电路（修改反馈电阻），实现方波占空比可调。
②通过以下电路实现三角波、锯齿波产生电路。
六、心得体会：
从一开始时的调试到最后完成课程设计。我焊接、拆除重复接近了20次。在这20次的过程中我明白了成功是建立在以前失败经验的基础上的。还有，做啥事都不能半途而废。用永不放弃的精神在自己选择的道路上坚持走下去，成功就离我不远啦！
在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用。并且从设计中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
同时，这次模拟电子课程设计也让我认识到以前所学知识的不深入，基础不够扎实，以致于这次在设计电路图的时候，需要重复翻阅课本的知识。我深深知道了知识连贯运用的重要性。
七、主要参考书目：
1、稻叶保.振荡电路的设计与应用[M].北京：科学出版社
2、王立欣，杨春玲.电子技术实验与课程设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社
3、陶桓奇，张小华，彭其胜.模拟电子技术[M]. 武汉：华中科技大学出版社
4、何宝祥，朱正伟，刘训飞，储开斌.模拟电路及其应用[M].北京：清华大学出版社
5、康光华.电子技术基础（模拟部分）[M].北京：高等教育出版社.
6、胡宴如. 模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社.
7、赵春华张学军. 电子技术基础仿真实验[M].机械工业出版社.
8、阎石. 数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社.
八、附录：
①完整的电路图
③主要芯片基本参数
NE5532
LM741
实验一数字信号发生器和电子琴制作 一、实验目的 1.熟悉matlab的软件环境，掌握信号处理的方法，能在matlab的环境下完成对 信号的基本处理； 2.学会使用matlab的GUI控件编辑图形用户界面； 3.了解matlab中一些常用函数的使用及常用运算符，并能使用函数完成基本的 信号处理； 二、实验仪器 计算机一台，matlab R2009b软件。 三、实验原理 1．数字信号发生器 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink两大部分。 已知的常用正弦波、方波及三角波，可以通过matlab自带的函数实现，通过改变函数的幅值、相位和频率可以得到不同的信号。 正弦信号：y=A*sin（2*pi*f*t）； 方波信号：y=A*square(2*f*pi*x+c)； 三角波信号：y=A*sawtooth(2*pi*f*x+c)； 2. 电子琴 电子琴的每个音阶均对应一个特定频率的信号，通过调用数字信号发生器产生一系列指定的频率的声音，从而达到虚拟的电子琴的功能。界面中包含1、2、…、7共 7 个琴键，鼠标按下时即发声，松开时发声停止。同时能够产生正弦波、方波、三角波等常见的波形的数字信号，然后将数字信号写入声卡的缓冲区，最后由声卡播放出相应的声音。 已知音乐的七个音阶的主频率分别是131Hz、147Hz、165Hz、175Hz、196Hz、220Hz和247Hz，分别构造正弦波、方波和三角波，可以组成简单的电子琴。
四、实验内容 1.数字信号发生器的制作 （1）搭建GUI界面 图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。 Matlab环境下的图形用户界面（GUI）是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。MATLAB的用户，在指令窗中运行demo 打开那图形界面后，只要用鼠标进行选择和点击，就可产生丰富的内容。 利用GUI控件中自带的按钮，根据需要组成如下图1所示的数字信号发生器的Gui界面。 图1 数字信号发生器的GUI界面
是德科技 30 MHz 函数/任意波形发生器 33521A 单通道函数/任意波形发生器 33522A 双通道函数/任意波形发生器 技术资料 ?????????????????? ?????????????????? ???? (alias-protected) ?????? ??
33500 系列函数/任意波形发生器 实现更出色的精度和灵活性?わょ??????????????????わ???????????????????????????? Keysight 33500 ????/??????????????????????????????????????????????????⒔????? 10 ???????????????????????????????????? 主要特性 —30 MHz ??????? ??????????? —???? 40 ps???????? 0.04%???????????—250 MSa/s ???? 16 ??? ????????????????? —????????????????????????????????? —??? 33522A ?????勚??????ㄩ? —?㈨ 1 MSa ??▌╈????㈨ 16 MSa ▌╈???▌╈???? ???? —?? LXI C ??? —????????????? TFT ?????????????????????????? —??? BenchL ink Waveform Builder Pro ????????????信号保真度 ???????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ????? 33500 ????/??? ??????????????? ??????? 40 ps ?⒔??? ???/??????? 10 ???? ??????????? 16 ??? ???? 0.04% ???????? ▕ 250 MSa/s (16 ?) ??????? ????????????▌╈?? ????????????⒋??? ???????????????? ???????????? 灵活的信号生成 33521A ? 33522A ???????? ??????????????? ? (DTMF) ????? 33522A ??? ?????????????ㄩ?? ???????勚???????? ??????????????(? ???????) ??????⒋? ???????????????? ???????????⒋??? 逐点波形 33500??????????? ???????????? (alias- protected) ?????????? ?????????????? ???33521A ? 33522A ??? ? 30 MHz ???????⒋?? ??????????????? ??????????????? ???????????????? ??????????????? ???????????????? ????????? 用户界面 ????????????? TFT ? ???????????????? ???????????????? ?????? 33500 ?????? LXI C ??????? USB 2.0 ? 10/100 Base-T ???????????㎡? ???? PC ?????????? ???????????????? ?? GPIB ????????? 可选 33503A BenchLink Waveform Builder Pro 软件 Benchlink Waveform Builder Pro ? ??????????????? ??????????????? ??? Microsoft Windows ???? ???????????????? ???????????????? ??????????????? ???????????????? ?╖????????㎡???? ??????????????? ??????????????? BenchLink Waveform Builder Pro? ???????????????? ???????????????? ?????╱????????? ㎡??????????????? ??????????????? ??? 30 ??????????? https://www.doczj.com/doc/906604337.html,/? nd/33503
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
个人资料整理仅限学习使用中文摘要
英文摘要
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 使用任意波形发生器 创建无线信号 入门手册 使用任意波形发生器创建无线信号入门手册 2 https://www.doczj.com/doc/906604337.html,/signal_generators 使用任意波形发生器创建无线信号 入门手册 目 录 摘要??????????????????????????????????????????????4简介??????????????????????????????????????????????4无线应用与数字调制??????????????????????????????????????5-12无线发射面临的挑战?????????????????????????????????????5为什么要数字调制？?????????????????????????????????????6什么是数字调制？??????????????????????????????????????7数字调制应用????????????????????????????????????????12数字无线测试?????????????????????????????????????????12-19发射机－I-Q调制器测试???????????????????????????????????13 IF滤波器效率和损伤测试???????????????????????????????????14发射机－RF功率放大器线性度?????????????????????????????????15接收机－IF解调器测试????????????????????????????????????16接收机－RF功能测试????????????????????????????????????17接收机－平衡器特性评估???????????????????????????????????18接收机－干扰灵敏度?????????????????????????????????????18 RF频谱环境仿真???????????????????????????????????????19使用任意波形发生器(AWG)生成调制信号????????????????????????????19-25生成基带I-Q信号??????????????????????????????????????19 IF生成???????????????????????????????????????????20 RF生成???????????????????????????????????????????21编译复合信号????????????????????????????????????????23回绕式考虑?????????????????????????????????????????24展望??????????????????????????????????????????????26 https://www.doczj.com/doc/906604337.html,/signal_generators 3 EDA课程设计 课题名称_ 基于DDS的数字移相信号发生器 专业_ 电子信息工程____ _ _ 班级_____ _________ __ __ 学号_ 姓名_ __ __ 成绩_____ ____________ _ 指导教师___ _ ___ ___ 2014年 5 月7日 一、课程设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三、工作原理及模块分析 (3) 1、频率预置与调节电路 (4) 2、累加器 (4) 3、波形存储器 (4) 4、D/A转换器 (5) 四、相关程序 (5) 1、加法器 (5) （1）ADD10 (5) （2）ADD32 (7) 2、寄存器 (8) （1）REG10B (8) （2）REG32B (10) 3、ROM (11) 4、主程序 (13) 五、仿真结果： (16) 六、引脚配置和下载 (17) 七、实验心得 (18) 一、课程设计目的 1、进一步熟悉Quartus Ⅱ的软件使用方法； 2、熟悉利用VHDL设计数字系统并学习LPM_ADD_SUB、LPM ROM、LPM_FF 的使用方法； 3、学习FPGA硬件资源的使用和控制方法； 4、掌握DDS基本原理，学习利用此原理进行信号发生器的设计 二、设计任务 完成10位输出数据宽度的频率可调的移相正弦信号发生器，通过按键调节频率和初始相位，实现相位和频率可调的正弦信号发生器 三、工作原理及模块分析 直接数字频率合成器（DDS）是通信系统中常用到的部件，利用DDS可以制成很有用的信号源。与模拟式的频率锁相环PLL相比，它有许多优点，突出为（1）频率的切换迅速；（2）频率稳定度高。 一个直接数字频率合成器由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。DDS的原理框图如下所示： 频率预置与调节电路 累加器 累加器波形存储器 波形存储器D/A转换器 D/A转换器低通滤波器 低通滤波器K N位 N位 fc S（n） D位 S（t） 图1直接数字频率合成器原理图 其中K为频率控制字，fc为时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM 数据位及D/A转换器的字长。相位累加器在时钟fc的控制下以步长K作为累加，输出N位二进制码作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出的幅码S（n）经D/A转换器变成梯形波S（t）,再经低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形了。合成的信号波形形状取决于波形ROM中存放的幅码，因此用DDS可以产生任意波形。本设计中直接利用D/A转换器得到输出波形，省略了低通滤波器这一环节。 国产函数、任意波形发生器大比拼 典型的DDS原理框图如图所示。 其实质是数模转换，仍然要遵循奈奎斯特采样定理。即输出的频率不超过采样率的一半，事实上商用的采用DDS技术的函数/任意波形发生器由于受到低通滤波器设计以及杂散分布的影响限制，输出波形的最高频率均不超过采样率的40%。相对于直接模拟频率合成，锁相频率合成，其优点如下： ·频率分辨率高。若时钟频率不变，DDS频率分辨率仅由相位累加器位数来决定，也就是理论上的值越大，就可以得到足够高的频率分辨率。目前，大多数DDS的分辨率在1Hz数量级，许多都小于1mHz甚至更小，这是其他频率合成器很难做到的。 ·工作频带较宽。根据Nyquist定律，只要输出信号的最高频率分辨率分量小于或等于fclk/2就可以实现。而实际当中由于受到低通滤波器设计以及杂散分布的影响限制，仅能做到40% fclk左右。 ·超高速频率转换时间。DDS是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得DDS的频率转换时间极短。DDS 的频率转换时间可达到纳秒数量级，比使用其它的频率合成方法都要小几个数量级。 ·相位变化连续。改变DDS输出频率，实际上改变的是每一个时钟周期的相位增量，相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。 ·具有任意输出波形的能力。只要ROM中所存的幅值满足并且严格遵守Nyquist定律，即可得到输出波形。例如三角波、锯齿波和矩形波。 ·具有调制能力。由于DDS是相位控制系统，这样也就有利于各种调制功能。 同时DDS合成技术也有一些固有的缺点，如下： ·杂散分量丰富。这些杂散分量主要由相位舍位、幅度量化和DAC的非理想特性所引起。因为在实际的DDS电路中，为了达到足够小的频率分辨率，通常将相位累加器的位数取大。但受体积和成本的限制，即使采用先进的存储方法，ROM的容量都远小于此，因此在对ROM寻址时，只是用相位累加器的高位去寻址，这样不可避免地引起误差，即相位舍位误差。另外，一个幅值在理论上只能用一个无限长的二进制代码才能精确表示，由于ROM的存储能力，只采用了有限比特代码来表示这一幅值，这必然会引起幅度量化误差。另外，DAC的有限分辨率以及非线性也会引起误差。所以对杂散的分析和抑制，一直是国内外研究的特点，因为它从很大程度上决定了DDS的性能。 ·频带受限。由于DDS内部DAC和ROM的工作速度限制，使得DDS输出的最高频率有限。目前市场上采用CMOS、TTL等工艺制作的DDS芯片工作频率一般在几十MHz至几百MHz左右。但随着高速GaAs器件的出现，频带限制已明显改善，芯片工作频率可达到2GHz范围左右。 以上摘自:《现代DDS的研究进展与概述》一文，https://www.doczj.com/doc/906604337.html,/event/emag/20080226.htm。 将DDS应用于波形发生器，能非常方便的产生任意波形。一般除了具备常规函数发生器所具备的正弦波、方波、锯齿波、脉冲、噪声外，还有指数上升、指数下降、Sinc波、心电图波、直流，以及地震波等任意波形。能采用直接在仪器上手动编辑或windows 下软件编辑的方式产生任意波形，用于模拟电路或应用环境中可能发生的情况，此外还具备非常丰富的调制功能，甚至有些调制功能是以往只能在高端信号源上才能看到的。 下面找出主要以国产厂商为主的函数/任意波形发生器做一个对比，以此来了解国内DDS的应用水平，并给出一个大概的选购指南，以便您在需要的时候能够快捷的找到合手的信号源。Agilent在很早之前就推出了33200系列 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 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) 数字波形发生器的设计 摘要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。本函数发生器采用89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和液晶显示电路等。电路采用89C52单片机与一片DAC0832数模转换器组成低频信号发生器。通过按键控制可分别控制选择输出的幅值和频率，同时用1602显示器显示幅值和频率.本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。 关键词AT89C52 DACO832 波形发生器 1 序言 波形发生器是一种常用的信号源，广泛的应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域，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，都需要有信号源。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、应用最为广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号，如锯齿波、三角波、梯形波等，因而广泛应用于通信、雷达、导航、宇航等领域[3]。 自单片机广泛应用以来，各种器件日益智能化，而智能的实现需要各种信号。可以预见，波形发生器已成为重要的产品，发展前景十分看好。市场上精度高的波形发生器十分昂贵，结构复杂，如何降低成本普及产品是目前波形发生器的重要课题。 2. 系统总体设计思路概述 数字波形发生器的方案论证 总体方案设计 方案一：利用D/A转换器输出的模拟量与输入数字量成正比关系这一特点，将D/A转换器作为微机输出接口，CPU通过程序向D/A转换器输出随时间呈现不同变化规律的数字量，则D/A转换器就可输出各种各样的模拟量，如方波、三角波、锯齿波、正弦波等。 此方案可满足题目的要求，产生波形程序控制，并通过按键选择幅值电压和频率，并在LCD1602液晶屏中显示相应幅值电压和选择的频率，按键选择频率、幅值、波形。优点是结构简单，满足此 1 2 3 4 5 6 7 8 vcc vcc 11 U1A LM324D 02 R12 50% 3 矩形波 C7 10uF 4~l 50%^! ■^iRH 10k ；, Rw6 D1 Dz1 0 2DZ4.QT Dz2… □Z4.7 iS 乙 0324D R1 卉扳忒 U3C 750 U Key=A 1N414^ D2 禺 4N4仏 C6 卄 IOOI * W 卄*4巴犁曲<5 冋"Y 0叢%T r 函数波形发生器的设计 一、验目的 1、学习函数波形发牛器的设实计方法； 2、了解单片函数发生器ICL8038的工作原理及应用； 3、掌握函数波形发生器电路的调试及主要指标的测试方法； 4、研究函数波形发牛器的设计方案。 二、实验原理 在无线电通信，测量，口动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发牛器，常用的波形是止弦波，矩形波（方波）和锯齿拨。 随着集成电路技术的发展，己有能力同时产生同频的方波,三角波和正弦波的专用集成电路, 称为函数波形发生器，如ICL8038o 1.函数波形发生器 专用集成电路ICL8038就是一个函数波形发生器，其引出脚的排列及性能见附录一。典型应用电路如图5-2-1所示。 图5-2-1 161^038典熨应川电路 多种波形发生器 波形发生器被广泛用于各大院校的教学和科研场所的研究。 我们通过对实验的认识和对资料的查询，选择利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器通过555数字芯片构成多级振荡器，组成RC积分电路来 分别实现方波、三角波和正弦波的输出。它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。 一、总体方案的选择 对于设计我们的思路是应用555定时器,组成RC振荡电路,从而使直流信号变成所需要的振荡信号，从而实现多种波形的转化和输出。 1．拟定系统方案框图 （1）方案一： 实验原理： 用555定时器组成振荡器形成方波信号，以方波作为输入信号进入积分电路产生并输出三角波，然后，将三角波作为一个输入信号，进入另外一个积分电路，产生并输出一个正弦波。 原理框架图： 方波输出三角波输出正弦波输出 设计指标： 正弦波输出振荡频率为500HZ，三角波方波输出频率为500HZ—1000HZ，三角波幅值范围2V—2V。 （2）方案二： 实验原理： 用555定时器组成振荡器形成方波信号，以此方波信号作为积分电路的输入信号，通过积分电路输出三角波信号；而另一条路径的方波信号作为滤波电路的输入信号，通过输入滤波电路产生并输出正弦波。 原理框架图： 方波信号三角波信号正弦波信号 设计指标： 正弦波输出振荡频率为500HZ，三角波方波输出频率为500HZ—1000HZ，三角波幅值范围2V—2V。 2．方案的分析和比较 （1）方案一： 方案一所涉及的电路主要是集中于555定时器所发出的方波信号，555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。因此该方案比较稳定，同时，该电路的设计思路使输出的波形比较稳定，同时，便于安装和检查。虽然多了一个积分电路，但使其性能和稳定性增加。同时，通过方案一的电路可以很方便的输出三个波形的电路，实用效率高，同时，整体性和集成性强。经济性更好。 （2）方案二： 与方案一很相似，但其使用的是滤波电路来实现方波转化成正弦波。比较后这种电路比较经济实用，但由于滤波电路的使用取决于很多外部条件，同时，滤波电路的使用是整套方案不易于构成整体，相对方案一其稳定性和整体性集成性较低。 通过比较，我选择方案一。 二、单元电路的设计 1.方波发生电路 （1）核心元件的选择 555定时器： 由于使用了比较常见，但我们还没有接触到的555定时器，特做以说明 555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制等许多领域中都得到了应用。 第1章摘要 MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，具有很多工具箱，他的数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令，以及数字信号处理工具箱使在数字信号处理方面方便实用。数字信号发生器是一种基于软硬件实现的波形发生器，可以实现各种基本波形的产生。由于工程中各种复杂的信号是由这些基本信号叠加而成的，而这些简单信号都可以有数字信号发生器来实现，在工程分析和实验教学中广泛实用，所以设计一种简单而实用的数字信号发生器很有必要。 在本文中将介绍用matlab设计一个简单的信号发生器的基本流程，详细的介绍设计的技术路线和实现方法以及存在的问题。 关键词：Matlab，数字信号发生器 Abstract MATLAB is an very powerful and practical software in data analysis and processing in engineering, it contains many toolboxes such as data acquisition toolbox and data processing toolbox. It's data acquisition toolbox provide many very convenient functions and commands for the input and output of data. Digital signal generator is a software and hardware based waveform generator, can produce a variety of basic waveform. In engineering, many complex signals are combined with this basic waveform, so it is necessary to develop a digital signal generator for teaching and experiment use. In this article, I will introduced how to design a simple signal generator in details. I will also introduce the technology route and my problems. Keywords: Matlab, Digital Signal Generator ASSUME CS: CODE CODE PUBLIC ORG 100H START: MOV DX,40H ；8255 A口地址IN AL,DX ；8255初始化TEST AL,01H JZ FF1 TEST AL,02H JZ FF2 TEST AL,04H JZ FF3 JMP START ；读频率选择状态L: TEST AL,10H JZ FB TEST AL,20H JZ JCB TEST AL,40H JZ SJB JMP START ；读波形选择状态FF1:MOV SI,09H JMP L FF2:MOV SI,03H JMP L FF3:MOV SI,02H JMP L ；频率调节 FB: MOV DX 48H ；0832 端口地址F: MOV BX 0FFH F0: MOV CX,SI MOV AL,00H F1: OUT DX,AL LOOP F1 DEC BX JNZ F0 MOV BX,0FFH F2: MOV CX,SI F3: OUT DX,AL LOOP F3 DEC BX JNZ F2 JMP F ；方波发生子程序 JCB:MOV DX,48H ；0832 端口地址MOV AL,0FFH J: INC AL MOV BX,0FFH J1: MOV CX,SI J2: OUT DX,AL LOOP J2 DEC BX JNZ J1 JMP J ；锯齿波发生子程序 SJB: MOV DX,48H ；0832 端口地址S: MOV AL,00H MOV BX,80H S0: MOV CX,SI S1: OUT DX,AL INC AL LOOP S1 DEC BX JNZ S0 MOV BX 80H S2: MOV CX,SI S3: DEC AL OUT DX,AL LOOP S3 DEC BX JNZ S2 JMP S ；三角波发生子程序JMP START ENDS CODE 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 函数波形发生器 一、题目分析 题目要求：利用D/A芯片产生峰峰值为5V的锯齿波和三角波。 控制功能：使用2个拨动开关（K1、K2）进行功能切换。当K1接高电平时，输出波形的频率为1Hz，否则为0.5Hz。当K2接高电平时，输出为三角波，否则输出为锯齿波。 使用的主要元器件：8031、6MHz的晶振、74LS373、74LS138、2764、DAC0832、LM324、拨动开关K1、K2等。 输出波形的验证方法：使用示波器测量输出波形。 函数发生器采用AT89c52 单片机作为控制核心，外围采用模拟/数字转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键等。电路采用AT89C52单片机和一片DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发生器。 通过开关控制可产生锯齿波、三角波，同时用开关控制频率切换的波形。所产生的波形V P-P范围为5 V，频率范围为1HZ与0.5HZ,波形准确并且平滑。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。 本设计主要应用AT89c52作为控制核心。硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点。 二、方案论证 硬件方案选择 方案一：AT89c52单片机是一种高性能8位单片微型计算机。它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中，从而构成较为完整的计算机。AT89c52芯片中每一路模拟输出与DAC0832芯片相连，构成多个DAC0832同步输出电路，输出波形稳定，精度高，但是第二级DAC0832输出，发生错误并且电路连接复杂。 方案二：AT89c52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 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，输使用任意波形发生器-Tektronix
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