南京信息工程大学第三届电子设计大赛
设
计
报
告
设计题目：信号源的设计和制作（B题）
院系专业：
设计成员:
2013年3月25日——2013年4月6日
摘要
本系统以STC89C52单片机为控制核心设计并制作一个正弦波信号源。本实验分为三大模块，分别是键盘扫描并控制液晶显示模块，正弦波产生及频率步进模块，幅值步进可调模块。正弦波产生部分采用DDS芯片AD9850,实现了10Hz-1MHz的正弦波输出。幅值步进模块采用可变增益放大器AD603，由数模转换器DAC0832控制放大倍数。幅值、频率由按键输入并由单片机控制在液晶上显示,最后加上THS3091功放电路以驱动50欧负载。本系统工作可靠稳定，较好地完成了基本部分和发挥部分的要求。
关键词: DDS D/A 程控放大器步进
Abstract
This system with STC89C52 single-chip microcomputer as the control core is the design and construction of a sine wave signal source. This experiment was divided into three modules, respectively is liquid crystal display module, keyboard scanning and control frequency sine wave generation and stepper module, adjustable amplitude stepper module. Sine wave generating part adopts DDS chip AD9850, implements sine wave output of 10 hz to 1 MHZ. Amplitude stepper module adopts the variable gain amplifier AD603, controlled by a digital to analog converter DAC0832 magnification. By the pressed key input amplitude, frequency and controlled by the microcontroller on the LCD display. Finally add THS3091 power amplifier circuit to drive the euro 50 load.This system work stable and reliable, better to complete the basic part and play a part of the requirements.
Keyword: DDS D/A Programmable amplifier Step
目录
一、系统方案比较与论证.......................................................... 错误！未定义书签。
1. 1设计任务和要求 (1)
1. 2任务分析及方案论证 (1)
1. 2. 1正弦波产生 (1)
1. 2 .2 幅值步进控制模块 (2)
1. 2. 3显示及键盘控制模块 (3)
1. 2. 4功率放大电路 (3)
二、系统设计 (4)
2. 1 硬件设计 (4)
2. 1. 1正弦波产生电路 (4)
2. 1. 2正弦波幅值可调电路 (5)
2. 1. 3功率放大电路 (6)
2. 2 软件设计 (6)
2. 2. 1基本思路 (6)
2. 2. 2软件流程图 (6)
三、测试结果与分析 (7)
3. 1正弦波测试结果 (7)
3. 2相对误差统计 (8)
3. 3误差分析 (8)
四、总结 (8)
五、参考文献 (9)
一、系统方案比较与论证
1.1 设计任务和要求
设计制作一个正弦信号发生器。基本要求为：
（1）输出信号频率：20Hz～300kHz；
（2）信号幅度：负载50Ω时，输出电压峰峰值为1～3V可调；
（3）信号源输出电阻为50Ω；
（4）显示信号的频率和幅度。
在完成基本任务的基础上，我们增加如下功能：
（1）输出信号频率：20Hz～1MHz;
（2）频率通过按键可任意步进调节，步长为100Hz；
（3）提高信号的输出电压峰峰值至1～10V可调（带50Ω负载）；
（4）幅值通过按键可任意步进调节，步长为100mV。
1.2 任务分析及方案论证
1.2.1正弦波产生
方案一：用FPGA来实现。只要在FPGA的内部建立一个正弦信号的数据表，然后在外部时钟的驱动下，读取正弦信号数据表中的数据，在送到高速DAC中进行数模转换就可以得到正弦信号（如图1所示）。用FPGA产生的正弦信号频率和幅度稳定度都很高，可以很方便地与计算机接口，控制方便。不过由于FPGA的工作频率通常不能太高，所以输出信号的频率难以做高。
图1 FPGA查表法框图
方案二:采用锁相环电路。锁相环主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）三部分组成，如图2所示。由于锁相环电路中只要输入的基准频
ref
V 率足够稳定，锁定之后，输出的频率就会有较高的稳定度。只要在此基础上加个数控分频器就能实现频率设置和频率步进的功能。但锁相环带宽有限，要想做到很宽的输出频率范围，同时满足较高的频率分辨率比较困难。
U1图2 锁相环电路框图
方案三:采用直接数字频率合成器DDS 来实现。DDS 集成芯片的核心部分由相位累加器、正弦查询表组成。DDS 的内核在内部逻辑单元的控制下，不断地将所要求的数据送到高速DAC0832中进行数模转换，就可以在输出端得到要求的波形信号（如图3所示）。DDS 特别适合于生成频率低、频带宽、频率稳定性和准确度较高及波形复杂的场合。
综合比较，故本方案采用DDS 芯片AD9850来实现。
图3 DDS 基本框图
1.2.2幅值步进控制模块
方案一：DAC 控制增益。如图所示，输入信号放大后作为基准电压送给DAC 的
脚，相当于一个程控衰减器。再接一级放大，这两级放大可实现要求的放大
倍数。输出接到有效值检测电路上，反馈给单片机，实现AGC 。还可通过输入模块
预置增益值，控制DAC的输出，事项程控增益。但增益动态范围有限，当频率在中频段时，信号失真严重，故不采用。
方案二：电压控制增益。采用自动增益控制芯片AD603，通过其芯片1、2两脚的差分电压值（-500mV-+500mV）,可以实现增益的变化。通过DAC的输出提供AD603控制放大倍数，实现自动增益控制。同时可通过软件输入模块设置增益值，控制DAC 的输出，实现任意增益调节。
方案二完全可以满足题目要求。
1.2.3显示及键盘控制模块
方案一：数码管显示。由于本题要求实时显示输出信号的类型、幅度、频
而数码管不能显示字符，所以不用。
方案二：LCD液晶显示。LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，容易编程实现。
故选择LCD12864做显示部分并采用4*4矩阵键盘实现调节及步进。
1.2.4功率放大电路
方案一：采用分立元件的互补输出型放大电路。但分立元件组成的电路是动态的不稳定且频带较窄，故不采用。
方案二：采用集成功率放大器THS3091。3091的带宽达到210MHz，可采12 伏供电，最高输出电流达到正负250mA。且集成器件噪声小，增益稳定，对信号输出影响不大，完全满足本次设计的要求。故采用THS3091做功放电路。
综上所述，确定系统的总体框图如下图4所示：
图4 系统总体框图
D31D22D13D04DGND 5DVDD 6W_CLK 7
FQ_UD 8
CLKIN 9AGND 10AVDD 11RSET 12
QOUTB 13QOUT 14IN-15IN+16DACBL 17AVDD 18AGND 19IOUTB 20IOUT
21
RESET 22
DVDD 23DGND
24
D7
25
D626D527D428AD9850
VCC
INDUCTOR
INDUCTOR INDUCTOR 56pF
230pF
230pF
25Ω
50Ω
56pF
D0D1D2D3D4D5D6D7
CLK
W_CLK
UPDATE
RESET IN-IN+RSET
FRE
二、主要电路设计与分析
2.1、硬件设计
2.1.1正弦波产生电路
DDS 单片频率合成器AD9850的ROM 中已预先存入正弦函数表，其幅度按二进制分 辨率量化,其相位一个周期360°按2π/232的分辨率设立相位取样点。然后存入 ROM 相应地址中。工作时，用单片机送入频率码。输入采用串行方式，共40位控制 位，其中32位是频率码，另8位中的5位是初始相伴控制码，3位是掉电控制码。 改变读取ROM 的数目，即可改变输出频率。输出频率的一般表达式为：
f out =kf c /232.
式中，k 为频率码，是个32位的二进制数。fc 为系统时钟频率，即125MHz.频率变 化范围为20Hz~1MHz 。 DDS 电路图如图5所示：
图5 DDS 外围连接图
2.1.2正弦波幅值可调电路
采用8位并行DA 器件DAC0832以及可控增益放大器AD603来实现正弦波的幅度步进。将DDS 生成的正弦波接到AD603
的输入端，通过单片机调整DA 输入数字量，再加上运算放大器LM324将电流值转换为电压值，来控制AD603的放大倍数，从而完成正弦波100mv 的步进和幅值预置。DAC0832及AD603电路如下图所示：
图6 DAC0832
AD603的电路图如图7所示：
-5V
图7 AD603
2.1.3功率放大电路
采用两片电流反馈型宽带运放THS3091，±12V供电以驱动50欧姆的负载。电路如下图8所示：
2.2kΩ
图8 THS3091功率放大电路
2.2、软件设计
2.2.1基本思路
单片机控制AD9850产生频率和相位都可控的正弦波，频率量由键盘设定，步进量为100Hz，AD9850频率分辨率为0.006985Hz，完全能够满足要求。正弦信号送入DAC0832的基准输入端，单片机控制DA的数字量调节其幅值，设置按键调整幅值可实现100mv的步进。正弦信号送入DAC0832的基准输入端，单片机控制DA的数字量调节其幅值，设置按键调整幅值可实现100mv的步进。
2.2.2软件流程图
本次采用两片STC89S52RC，分为主机与从机。从机用于LCD的显示、键值的处理，同时将控制字发送给主机。按键分为数字键（0-9）、频率确认键、幅值确认键、频率步进键、幅值步进键。主机接受从机的控制字，并对DDS及DAC0832产生控制，其流程图如下所示：
图9 软件流程图
三、测试结果与分析
3.1正弦波测试结果
3.2相对误差统计
3.3误差分析
（1）DAC0832的量化误差。DAC0832为8位并行输入的D/A转化器，会引入一定的误差。
（2）DDS的采样误差。9850采样时会产生60MHz左右的高频波，而引入频率的误差。
（2）由于条件有限，采用手工焊接电路影响了整个电路的布局与走线，从而引入了一定的噪声与干扰。
四、总结
在实现此项项目过程中，很快实现了对于产生可控的正弦波并在液晶上显示的基本要求与发挥部分，DDS芯片AD9850产生频率可控的正弦波。在实现幅值步进时，我们遇到了一些问题。首先由于我们焊接的正、负5幅电路不准确，导致电源不对称，使得AD603的输出波形失真严重，后来，换了稳压芯片加了滤波电路，才实现了幅度步进，但依然有杂波。后来我们仔细阅读AD603的PDF，得知它的输入电压必须非常稳定。于是，我们给1V和0.5V
也加了滤波电路。失真情况有较大改善，达到误差范围内。
五、参考文献
【1】《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编》（2005）北京理工大学出版社【2】《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编》（2007）北京理工大学出版社【3】童诗白华成英主编《模拟电子技术基础》（第四版）高等教育出版社【4】《全国大学生电子设计竞赛教程——基于TI器件设计方法》黄根春周立青张望先编著电子工业出版社
重庆大学城市科技学院电气学院EDA课程设计报告 题目：多功能信号发生器 专业：电子信息工程 班级：2006级03班 小组：第12组 学号及姓名：20060075蒋春 20060071冯志磊 20060070冯浩真 指导教师：戴琦琦 设计日期：2009-6-19
多功能信号发生器设计报告 一、设计题目 运用所掌握的VHDL语言，设计一个信号发生器,要求能输出正弦波、方波、三角波、锯齿波，并且能改变其输出频率以及波形幅度，能在示波器上有相应波形显示。 二、课题分析 （1）．要能够实现四种波形的输出，就要有四个ROM（64*8bit）存放正弦波、方波、三角波、锯齿波的一个周期的波形数据，并且要有一个地址发生器来给ROM提供地址，ROM给出对应的幅度值。 （2）．因为要设计的是个时序电路，所以要实现输出波形能够改变频率，就必须对输入的信号进行分频，以实现整体的频率的改变。 （3）．设计要求实现调幅，必须对ROM输出的幅度信息进行处理。最简单易行的方法是对输出的8位的幅度进行左移（每移移位相当于对幅度值行除以二取整的计算），从而达到幅度可以调节的目的。同时为了方便观察，应再引出个未经调幅的信号作为对比。 三、设计的具体实现 1、系统概述 系统应该由五个部分组成：分频器（DVF）、地址发生器（CNT6B）、四个ROM 模块（data_rom_sin、data_rom_sqr、data_rom_tri、data_rom_c）、四输入多路选择器mux、幅度调节单元w。 2、单元电路设计与分析 外部时钟信号经过分频器分频后提供给地址发生器和ROM，四个ROM的输出接在多路选择器上，用于选择哪路信号作为输出信号，被选择的信号经过幅度调节单元的幅度调节后连接到外部的D/A转换器输出模拟信号。 （1）分频器（DVF） 分频器（DVF）的RTL截图
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
摘要 信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实验室中经常使用的电子仪器之一。本文采用分立元器件设计了可输出正弦波和脉冲波的信号发生器，介绍了信号发生器的工作原理、电路参数计算方法、电路仿真结果，并进行了电路制作。 所设计的信号发生器由振荡电路、稳幅电路、正弦波调幅电路、电压比较电路、脉冲波调幅电路组成。采用RC振荡方式产生振荡信号，通过二极管IN4148和运放TL082实现振荡信号稳幅，调幅之后输出正弦波信号，再经电压比较器和调幅电路实现脉冲波的占空比和幅度的变化。采用了多级电阻和多级双联电位器实现频率的分段和步进。 本文设计的信号发生器具有结构简单、成本低、体积小等特点，经仿真和实际电路制作验证，其产生的正弦波和脉冲波频率、占空比、信号幅度可调，频率步进5Hz，矩形波可步进调整占空比, 不影响频率, 步长小于1%, 波形有较好的边沿特性。 关键词：信号发生器；频率歩进；占空比
一、实用信号源的设计和制作任务 在给定±15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。 二、要求 1．基本要求 （1）正弦波信号源 ①信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz ②频率稳定度：优于10-4 ③非线性失真系数≤3% （2）脉冲波信号源 ①信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz ②上升时间和下降时间：≤1μs ③平顶斜降：≤5% ④脉冲占空比：2%～98%步进可调，步长为2% （3）上述两个信号源公共要求 ①频率可预置。 ②在负载为600Ω时，输出幅度为3V。 ③完成5位频率的数字显示。
2．发挥部分 （1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。 （2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。 （3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。 （4）降低正弦波非线性失真系数。 三、评分标准 项目 得 分 基本要求设计与总结报告：方案设计与论证，理论计 算与分析，电路图，测试方法与数据，结果 分析 50 实际制作完成情况50 发挥部分完成第一项10 完成第二项10 完成第三项 5 完成第四项 5 特色与创新20
信号发生器 一、设计目的 1.进一步掌握模拟电子技术的理论知识，培养工程设计能力 和综合分析问题、解决问题的能力。 2.基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的 设计和实验能力。 3.学会运用Multisim10仿真软件对所作出的理论设计进行 仿真测试，并能进一步完善设计。 4.掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路 调试的基本方法。 二、设计容与要求 1.设计、组装、调试函数信号发生器 2.输出波形：正弦波、三角波、方波 3.频率围：10Hz-10KHz围可调 4.输出电压：方波V PP<20V, 三角波V PP=6V, 正弦波V PP>1V 三、设计方案仿真结果 1.正弦波—矩形波—三角波电路 原理图：
首先产生正弦波，再由过零比较器产生方波，最后由积分电路产生三角波。正弦波通过RC串并联振荡电路（文氏桥振荡电路）产生，利用集成运放工作在非线性区的特点，由最简单的过零比较器将正弦波转换为方波，然后将方波经过积分运算变换成三角波。 正弦—矩形波—三角波产生电路： 总电路中，R5用来使电路起振；R1和R7用来调节振荡的频率，R6、R9、R8分别用来调节正弦波、方波、三角波的幅值。左边第一个运放与RC串并联电路产生正弦波，中间部分为过零比较器，用来输出方波，最好一个运放与电容组成积分电路，用来输出三角波。
仿真波形： 调频和调幅原理 调频原理：根据RC 振荡电路的频率计算公式 RC f o π21 = 可知，只需改变R 或C 的值即可，本方案中采用两个可变电阻R1和R7同时调节来改变频率。 调幅原理：本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。 RC 串并联网络的频率特性可以表示为 ) 1(311112 1 2 RC RC j RC j R C j R RC j R f Z Z Z U U F ωωωωω-+=++++=+= = ? ? ? 令,1 RC o =ω则上式可简化为) ( 31 ω ωωωO O j F -+ = ? ，以上频率特性可 分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：
目录 一、课题名称 (2) 二、内容摘要 (2) 三、设计目的 (2) 四、设计内容及要求 (2) 五、系统方案设计 (3) 六、电路设计及原理分析 (4) 七、电路仿真结果 (7) 八、硬件设计及焊接测试 (8) 九、故障的原因分析及解决方案 (11) 十、课程设计总结及心得体会 (12)
一、课题名称：函数信号发生器的设计 二、内容摘要： 函数信号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,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。 三、设计目的： 1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。 2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。 4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。 5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。 四、设计内容及要求： 1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分 （1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。 （2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （3）占空比可调的三角波电路，频率1KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。 （4）多用信号源产生电路，分别产生正弦波、方波、三角波，频率范围
简易信号发生器设计制作 一、训练目的 （1）掌握正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的工作原理； （2）学会正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的设计方法； （3）进一步熟悉电子线路的安装、调试、测试方法。 二、工作原理 正弦波、三角板、矩形波是电子电路中常用的测试信号，如测试放大器的增益、通频带等均要用到正弦信号作为测试信号。下面分别介绍产生这三种信号电路结构和工作原理。 1．正弦信号发生器 正弦信号的产生电路形式比较多，频率较低时常用文氏电桥振荡器，图7-1为实用文氏电桥振荡电路。图中R 1、R 2、R 3、RW 2构成负反馈支路，二极管D 1、D 2构成稳幅电路，C 2、R 11（或R 12或R 13）、C 1、R 21（或R 22或R 23）串并联电路构成正反馈支路，并兼作选频网络。调节电位器RW 2可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D 1、D 2要求温度稳定性好，特性匹配以确保输出信号正负半周对称，R 4接入用以消除二极管的非线性影响，改善波形失真。如K1接电阻R 11、K2接R 21，并且R 11= R 21=R ，C 1= C 2=C ，则电路的振荡频率为： 1 2f RC π= （7-1） 起振的幅值条件： 1 1f v R A R =+ （7-2） 图7-1 正弦信号发生器 通过调整RW 2可以改变电路放大倍数，能使电路起振并且失真最小。该电路可通过开关K1、K2选择不同的电阻以得到不同频率的信号输出。 2．方波和矩形波发生器
方波发生电路如图7-2，其基本原理是在滞回比较器的基础上增加了由R 4和C 1构成的积分电路，输出电压通过该积分电路送人到比较器的反相输入端。其中R 3 、D Z1和D Z2构成双向限幅电路，这样就构成了方波发生器电路，其工作原理如下： 假设在接通电源瞬间，输出电压o v 为Z V +(稳压二极管D Z1、D Z2额定工作时的稳压值)，这时比较器同相端的输入电压为 2 12 Z R v V R R +≈ + （7-3） 同时输出电压o v 会通过电阻R 4给C 1充电，反相端的输入电压v -就会逐步升高，当反向输入端的电压v -略大于同相端输入电压v +时，比较器输出电压立即从Z V +翻转为Z V -，这时输出端电压o v 为Z V -，比较器同相端输入电压v +'为 2 12 Z R v V R R +'≈- + （7-4） 这时输出的电压o v 会通过R 4对C 1进行反向充电，当反相输入端的电压略低于v +'时，输出状态再翻转回来，如此反复形成方波信号。所产生方波信号的频率为 41 1 2f R C = 方波 （7-5） R 4 o 图7-2 方波发生电路
直流稳压电源的项目 设计方案 （一）设计目的 1、学习直流稳压电源的设计方法； 2、研究直流稳压电源的设计方案； 3、掌握直流稳压电源的稳压系数和阻测试方法； （二）设计要求和技术指标 1、技术指标：要求电源输出电压为±12V（或±9V /±5V），输入电压为交 流220V，最大输出电流为I omax =500mA，纹波电压△V OP-P ≤5mV，稳压系数Sr≤5%。 2、设计基本要求 （1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源； （2）拟定设计步骤和测试方案； （3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图； （5）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源； （6）测量直流稳压电源的阻； （7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压； （8）撰写设计报告。 3、设计扩展要求 （1）能显示电源输出电压值，00.0-12.0V； (2) 要求有短路过载保护。 （三）设计提示 1、设计电路框图如图所示 稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。 测量稳压系数：在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小10%的输出Δvo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=ΔVoV I / ΔV I V O 。 测量阻：在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的ΔVo，r o = ΔV O /ΔI L 。 纹波电压测量：叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大 后，用示波器观测其峰－峰值△V OP-P ；用可用交流毫伏表测量其有效值△V O ，由
函数信号发生器设计报告 一、 设计要求 设计制作能产生正弦波、方波、三角波等多种波形信号输出的波形发生器，具体要求： （1） 输出波形工作频率范围为2HZ ～200KHZ ，且连续可调； （2） 输出频率分五档：低频档：2HZ ～20HZ ；中低频档：20HZ ～200HZ ； 中频档：200HZ ～2KHZ ；中高频档：2KHZ ～20KHZ ；高频档：20KHZ ～200KHZ 。 （3） 输出带LED 指示。 二、 设计的作用、目的 1. 掌握函数信号发生器工作原理。 2. 熟悉集成运放的使用。 3. 熟悉Multisim 软件。 三、 设计的具体实现 3.1函数发生器总方案 采用分立元件，设计出能够产生正弦波、方波、三角波信号的各个单元电路，利用Multisim 仿真软件模拟，调试各个参数，完成单元电路的调试后连接起来，在正弦波产生电路中加入开关控制，选择不同档位的元件，达到输出频率可调的目的。 总原理图：
3.2单元电路设计、仿真 Ⅰ、RC桥式正弦波振荡电路 图1：正弦波发生电路 正弦波振荡器是在只有直流供电、不加外加输入信号的条件下产生正弦波信号的电路。 正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和放大电路。其中：接入正反馈是产生振荡的首要条件，它又被称为相位条件；产生振荡必须满足幅度条件；要保证输出波形为单一频率的正弦波，必须具有选频特性；同时它还应具有稳幅特性。因此，正弦波产生电路一般包括：放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路四个部分。根据选频电路回路的不同，正弦波振荡器可分为RC正弦波振荡器、LC正弦波振荡器和石英晶体振荡器。其中，RC正弦波振荡器主要用于产生中低频正弦波，振荡频率一般小于1MHz，满足本次设计要求，故选用RC 正弦波振荡器。
题目名称：信号发生器（一）姓名：姚添珣 班级：电气N112班 学号：201145679204 日期：2013/7/4
模拟电子技术课程设计任务书 适用专业：电气工程及自动化专业 设计周期：一周 一、设计题目：信号发生器（一） 二、设计目的 1、研究正弦波等振荡电路的振荡条件。 2、学习波形产生、变换电路的应用及设计方法以及主要技术指标的测试方法。 三、设计要求及主要技术指标 设计要求：设计并仿真能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。 1、方案论证，确定总体电路原理方框图。 2、单元电路设计，元器件选择。 3、仿真调试及测量结果。 主要技术指标 1、正弦波信号源：信号频率范围20Hz～20kHz 连续可调；频率稳定度较高。信号幅度可以在一定范围内连续可调； 2、各种输出波形幅值均连续可调，方波占空比可调； 3、设计完成后可以利用示波器测量出其输出频率的上限和下限，还可以进一步测出其输出电压的范围。 四、仿真需要的主要电子元器件 1、运算放大电路 2、滑线变阻器 3、电阻器、电容器等 五、设计报告总结（要求自己独立完成，不允许抄袭）。 1、对所测结果（如：输出频率的上限和下限，输出电压的范围等）进行全面分析，总结振荡电路的振荡条件、波形稳定等的条件。 2、分析讨论仿真测试中出现的故障及其排除方法。 3、给出完整的电路仿真图。 4、体会与收获。
第1章方案论证与比较 1.1 方案提出 方案一： 首先由RC桥式正弦波振荡器产生正弦波信号，然后用迟滞比较器将正弦波信号转换为方波信号，最后经过积分器将方波信号转换为三角波信号。 正弦波方波三角波 方案二： 首先，（比较器和积分器组成方波-三角波产生电路）把迟滞比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，则比较器输出的方波经积分器积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，最后通过差分放大器将三角波信号转换为正弦波信号。 方波三角波正弦波 方案三：
函数信号发生器的设计、和装配实习 一．设计制作要求： 掌握方波一三角波一正弦波函数发生器的设计方法和测试技术。学会由分立器件和集成电路组成的多级电子电路小系统的布线方法。掌握安装、焊接和调试电路的技能。掌握在装配过程中可能发生的故障进行维修的基本方法。 二．方波一三角波一正弦波函数发生器设计要求 函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路(如单片集成电路函数发生器ICL8038)。本次电子工艺实习，主要介绍由集成运算放大器和晶体管差分放大器组成的方波一三角波一正弦波函数信号发生器的设计和制作方法。 产生正弦波、方波、三角波的方案有多 种： 1：如先产生正弦波，然后通过整 形电路将正弦波变换成方波，再由积分 电路将方波变成三角波。 2：先产生三角波一方波，再将三 角波变成正弦波或将方波变成正弦波。 3 3：本次电路设计，则采用的图1函数发生器组成框图 是先产生方波一三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。此钟方法的电路组成框图。如图1所示：可见，它主要由：电压比较器、积分器和差分放大器等三部分构成。 为了使大家能较快地进入设计和制做状态，节省时间，在此，重新复习电压比较器、积分器和差分放大器的基本构成和工作原理： ，并判所谓比较器，是一种用来比较输入信号v1和参考电压V REF 断出其中哪个大，在输出端显示出比较结果的电路。 在《电子技术基础》一书的9.4—非正弦波信号产生电路的9.4.1中，专门讲述了： A：单门限电压比较器、B：过零比较器 C：迟滞比较器的电路结构和工作原理。 一、单门限电压比较器 所谓单门限电压比较器，是指比较器的输入端只有一个门限电压。
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
Xuchang Electric V ocational College 毕业论文（设计） 题目：函数信号发生器的设计与制作 系部：电气工程系_ 班级：12电气自动化技术 姓名：张广超 指导老师：郝琳 完成日期：2014/5/20
毕业论文内容摘要
目录 1引言 (3) 1.1研究背景与意义 (3) 1.2研究思路与主要内容 (3) 2 方案选择 (4) 2.1方案一 (4) 2.2方案二 (4) 3基本原理 (5) 4稳压电源 (6) 4.1直流稳压电源设计思路 (6) 4.2直流稳压电源原理 (6) 4.3集成三端稳压器 (7) 5系统工作原理与分析 (8) 5.1ICL8038芯片性能特点简介 (8) 5.2ICL8038的应用 (8) 5.3ICL8038原理简介 (8) 5.4电路分析 (9) 5.5ICL8038内部原理 (10) 5.6工作原理 (11) 5.7正弦函数信号的失真度调节 (11) 5.8ICL8038的典型应用 (12) 5.9输出驱动部分 (12) 结论 (14) 致谢 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
1引言 信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。在测量各种电信系统或电信设备的振幅特性、频率特性、传输特性及其它电参数时，以及测量元器件的特性与参数时，用作测试的信号源或激励源。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（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 1.1研究背景与意义 函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波正弦波三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。因此，建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如 ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的[1]。 1.2研究思路与主要内容 本文主要以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术实验使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从几赫到几百千赫的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。基于ICL8038函数信号发生器主要电源供电、波形发生、输出驱动三大部分组成。电源供电部分：主要由集成三端稳压管LM7812和LM7912构成的±12V直流电压作为整个系统的供电。波形发生部分：主要由单片集成函数信号发生器ICL8038构成。通过改变接入电路的电阻或电容的大小，能够得到几赫到几百千赫不同频率的信号。输出驱动部分：主要由运放LF353构成。由于ICL8038的输出信号幅度较小，需要放大输出信号。ICL8038的输出信号经过运放LF353放大后能够得到输出幅度较大的信号[2]。
实用信号源的设计和制作 目录 第1章设计任务书 (1) 1.1任务 (1) 1.2要求 (1) 第2章总体方案设计 (2) 2.1本设计总体方案 (2) 2.2正弦波信号生成方案 (2) 2.2.1振荡信号的生成方法 (3) 2.2.2RC振荡原理与振荡条件 (3) 2.2.3振荡电路的稳幅方法 (5) 2.3频率步进方案 (6) 第3章电路设计和仿真分析 (8) 3.1RC振荡与稳幅电路设计 (8) 3.1.1电路参数计算 (8) 3.1.2电路仿真与分析 (10) 3.2正弦波调幅电路设计 (11) 3.2.1电路参数计算 (11) 3.2.2电路仿真与分析 (12) 3.3脉冲波生成电路设计 (13) 3.3.1电路参数计算 (13) 3.3.2电路仿真与分析 (14) 3.4频率计的设计 (18) 第4章设计总结 (20) 参考文献 (21) 附录Ⅰ仿真电路图 (22) 附录Ⅱ 10MHZ频率计 (23)
第1章设计任务书 1.1任务 在给定±15V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。 1.2要求 1．基本要求 （1）正弦波信号源 ① 信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz ② 频率稳定度：优于10-4 ③ 非线性失真系数≤3% （2）脉冲波信号源 ① 信号频率：20Hz～20kHz步进调整，步长为5Hz ② 上升时间和下降时间：≤1μs ③ 平顶斜降：≤5% ④ 脉冲占空比：2%～98%步进可调，步长为2% （3）上述两个信号源公共要求 ① 频率可预置。 ② 在负载为600Ω时，输出幅度为3V。 ③ 完成5位频率的数字显示。 2．发挥部分 （1）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz。 （2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为100mV～3V，步长为100mV。（3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz。 （4）降低正弦波非线性失真系数。
信号发生器设计(附仿真)
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 A 1 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
基于FPGA的实用多功能信号发生器 的设计与制作
基于FPGA的实用多功能信号发生器的设计与制作 摘要 多功能信号发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。 本文首先介绍了函数信号发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了利用Verilog HDL描述DDS模块的设计过程，以及设计过程中应注意的问题。文中详细地介绍了多种信号的发生理论、实现方法、实现过程、部分Verilog HDL代码以及利用Modelsim仿真的结果。 文中还介绍了Altera公司的DE2多媒体开发平台的部分功能及使用，并最终利用DE2平台完成了多功能信号发生器的大部分功能。包括由LCD显示和按键输入构成的人机界面和多种信号的发生。数字模拟转换器是BURR-BROWN 公司生产的DAC902。 该信号发生器能输出8种不同的信号，并且能对输出信号的频率、相位以及调制信号的频率进行修改设定。 关键词：信号发生器；DDS；FPGA；DE2
Practical FPGA-based multi function signal generator design and production Abstract Multi function signal generator has become the most widely used in modern testing field of general instrument, and has represented one of the development direction of the source. Direct digital frequency synthesis (DDS) is a totaly digital frequency synthesis technology, which been put forward in the early 1970s. Using a look-up table method to synthetic waveform, it can satisfy any requirement of waveform produce. Due to the field programmable gates array (FPGA) with high integrity, high speed, and large storage properties, it can realize the DDS technology effectively, increase signal generator’s performance and reduce production costs. Firstly, this article introduced the function signal generator of the research background and DDS theory. Then, it described how to design a DDS module by Verilog HDL, and introduced various signal occurs theory, method and the implementation process, Verilog HDL code and simulation results. This paper also introduces the function of DE2 multimedia development platform, and completed most of the functions of multi-function signal generator on DE2 platform finally. Including the occurrence of multiple signal and the man-machine interface which composed by LCD display and key input. Digital-to-analog converters is DAC902, which produced by company BURR-BROWN. This signal generator can output eight different kinds of signals, and the frequency of the output signal, phase and modulation frequency signal also can be modifyed. Key Words: Signal generator; DDS; FPGA; DE2
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......................................................
一、课题名称：函数信号发生器 二、主要技术指标（或基本要求）： 1）能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。 2）频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（P－P）。 3）占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是 15％～85％。 4）波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。 5）采用±5V双电源供电，允许有5％变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温 度范围为0～70℃。 6）内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调 节。 7)低阻抗定压输出，输出电阻典型值0.1欧姆，具有输出过载/短路保护。 三、主要工作内容：方案设想，MAX038,OP07,电路原理等资料查询准备。电路原理图设 计绘制，面包板验证设计可行性。之后进行PCB板设计调整，电路板定制，元件采购；裸板 测试，焊接，整机测试。实验设计进行报告反馈 四、主要参考文献： [1]赵涛，辛灿华，姚西霞，陈晓娟，基于MAX038的多功能信号发生器的设计。《机电产品 与创新》 2008.07 [2]蒋金弟，朱永辉，毛培法。MAX038高频精密函数信号发生器原理及应用。《山西电子技 术》 2001 [3]黄庆彩,祖静,裴东兴.基于MAX038的函数信号发生器的设计[J].仪器仪表学报,2004,S1. [4]陈一新.单片高频函数发生器MAX038及其应用[J].中国仪器仪表,2002,04. [5]赵立民.电子技术实验教程[M].北京:机械工业出版社,2004