Pspice仿真——常用信号源及一些波形产生方法
要进行仿真，那么就必须给电路提供电源与信号。这次我们就来说说常用的信号源有哪些。
首先说说可以应用与时域扫描的信号源。在Orcad Capture的原理图中可以放下这些模型，然后双击模型，就可以打开模型进行参数设置。参数被设置了以后，不一定会在原理图上显示出来的。如果想显示出来，可以在某项参数上，点击鼠标右键，然后选择display，就可以选择让此项以哪种方式显示出来了。
1.Vsin 这个一个正弦波信号源。
相关参数有：
VOFF：直流偏置电压。这个正弦波信号，是可以带直流分量的。
VAMPL：交流幅值。是正弦电压的峰值。
FREQ：正弦波的频率。
PHASE：正弦波的起始相位。
TD：延迟时间。从时间0开始，过了TD的时间后，才有正弦波发生。
DF：阻尼系数。数值越大，正弦波幅值随时间衰减的越厉害。
2.Vexp 指数波信号源。
相关参数有：
V1：起始电压。
V2：峰值电压。
TC1：电压从V1向V2变化的时间常数。
TD1：从时间0点开始到TC1阶段的时间段。
TC2：电压从V2向V1变化的时间常数。
TD2：从时间0点开始到TC2阶段的时间段。
3.Vpwl 这是折线波信号源。
这个信号源的参数很多，T1~T8，V1~V8其实就是各个时间点的电压值。一种可以设置8个点的坐标，用直线把这些坐标连起来，就是这个波形的输出了。
4.Vpwl_enh 周期性折线波信号源。
它的参数是这样的：
F IR ST_NPAIRS：第一转折点坐标，格式为（时间，电压）。
SECOND_NPAIRS：第二转折点坐标。
THIRD_NPAIRS：第三转折点坐标。
REPEAT_VALUE：重复次数。
5.Vsffm 单频调频波信号源
参数如下：
VOFF：直流偏置电压。
VAMPL：交流幅值。正弦电压峰值。
FC：载波信号频率
MOD：调制系数
FM：被调制信号频率。
函数关系：Vo=VOFF+VAMPL×sin×（2πFC×t+MOD×sin（2πFM×t））
6.Vpulse 脉波信号源。
这大概是我最常用到的信号源了。用它可以实现很多种周期性的信号：方波、矩形波、三角波、锯齿波等。可以用来模拟和实现上电软启动、可以用来产生PWM 驱动信号或功率信号等等。
参数如下：
V1：起始电压
V2：脉冲电压
TD：从时间零开始到V1开始跳变到V2的延迟时间。
TR：从V1跳变到V2过程所需时间。
TF：从V2跳回到V1过程所需时间。
PW：脉冲宽度，就是电压为V2的阶段的时间长度。
PER：信号周期
在以上的几种信号源中，还有两个参数，AC与DC。说实话，我不是很清楚是做什么用的。一般这两个参数都是空着不要设置的。
与以上电压源信号对应的还有一组电流源信号，只需要把模型名称的第一个字母由V改成I就可以得到。其相关参数的意义是相同的。唯一的区别就是把电压信号变成电流信号。大家可以自己去看看学习一下。
还有几个比较重要的信号源：
1.VDC
不用多说了，这个是最基本的电压源，可以作为直流信号源，或者电源给电路供电。唯一需要设置的参数就是电压值。
2.VAC
这个信号源有两个参数
DC：直流偏置值。
ACMAG：交流电压幅值。
ACPHASE：交流起始相位，一般不设置这项。
这个交流信号源，是用来做频率扫描用的，可以用来观察一个电路的频域特性。
同样的，也有与上面两个信号源相对应的电流信号源。下面，我们来通过仿真，实际尝试一下这些模型的应用，先在Capture环境中建立新项目，在原理图中放置如下的模型，并设置相关参数：
然后设置10ms时间的时域扫描，步长100ns，待仿真完成后，入图所示自最后一个开始，每放一个探头，就在仿真结果的窗口中选择一次菜单plot->add plot to window。然后在调整仿真结果的坐标轴，把XY轴的坐标表格细节换成点状，便于观察波形。可以看到如下波形：
其中，最下面的三个波形是用Vpulse这个模型通过设置不同的参数构造的矩形波、三角波和锯齿波。
接下来，让我们看看VAC这个模型，是如何应用与频域扫描的。
首先建立一个如下图的原理图，并在输入端放一个Vin的网络标识，在RC的输出放一个VRC的网络标识，在LC的输出放一个VLC的网络标识。
然后，设定如下图的AC扫描：
扫描范围不能从0开始，这里是从1Hz开始，扫描到30KHz，在这个范围内扫描10000个点。频率坐标采用以10的对数坐标。扫描结束后，先选择plot->add plot to window，把扫描结果的屏幕分成上下两个，上面的用来显示幅频特性，下面
的用来显示相频特性。先点击显示波形图的半部分，然后点击。这个工具
栏按钮，添加一个波形，在弹出的对话框里，从右边选择函数DB()，然后在出来的DB()函数括号内先点击左边信号列表里的V(VRC)，再输入一个除号“/”，再点击V(Vin)。得到一个函数表达式DB(V(VRC)/V(Vin))。见下图
然后点击OK，就可以得到RC那部分电路的幅频特性。同样的操作，继续在波形图上半部分添加LC部分的幅频特性。在波形图下半添加两个电路的相频特性。相频特性是用的函数P()。最后，我们可以得到如下的结果：
由图中可以看出，LC电路的最大相移为180度，而RC为90度。而过了极点之后，LC电路的幅值下降斜率是RC的2倍。这是与理论上的结果是一致的。这里就不细述了。
对于一些复杂的信号，我们可以通过一些模型之间进行运算而得到。例如，中波调幅的无线电信号，就是用一个频率作为载波，用另一个频率去调制它，从而实现了在高频载波中包含音频信息的一种信号。这个怎么实现呢？我们可以通过乘法器来实现，看下图：
图中，V1信号为低频音频信号，V2为高频载波信号。用一个乘法器实现了用V1去调制V2，设置一个2ms的时域扫描看看结果吧：
最近论坛里LLC电路比较流行。我们知道，LLC是变频控制的。需要用反馈电路来控制电路的驱动频率。那么如何实现可以调节频率的信号源呢？我们上面介绍的几个信号源，频率一旦设定好，就不能更改了，怎么办呢？
我们可以用VCO系列的压控信号源。例如下图：
我在这里用了一个折线波信号源和一个压控方波振荡器。折现波信号源用来产生一个从5V 到0V的负斜率的电压，模拟电源的启动的软启动过程。压控振荡器为了便于观察，我把中
心频率设定在1K。另外，我发现，这个压控振荡器的最低频率是在（VMAX+VMIN）/2的地方，那么为了实现0～5V范围频率的变化，我把VMAX设定在5V，VMIN设定在-5V，这样当输入在5～0V之间变化的时候，输出的信号的频率在50KHz在1KHz之间变化。进行一个长度为10ms的时域仿真，让我们看看仿真的结果吧：
可以看到当最后输入电压为0V的时候，VCO的输出信号频率也稳定在了1KHz上。如此我们就得到了通过电压调节频率的一个电路。仿真LLC闭环就方便多了。
接下来，让我们想想，如何实现PWM的脉宽，从低占空比到高占空比逐渐变化，从而实现PWM电源的软启动呢？可以用一个锯齿波信号、一个折线波信号，一个理想运放作为比较器来实现。看原理图：
为了便于观察，信号源的频率取的比较低。下面是仿真结果，把结果输出在上下两个部分，便于观察：
从仿真结果可以看到，PWM的脉宽从小的占空比逐渐增加到大占空比。从而可以用这个方法来实现电源的软启动过程。有了软启动的这个过程，就可以让我们电路的仿真与实际工作的表现更加接近了。
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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 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 数字信号处理（DSP） 综合设计性实验报告 学院：电子信息工程学院 班级：自动化 指导教师： 学生： 北京交通大学电工电子教学基地 2014年9月20日 目录 一实验目的 (3) 二实验技术指标与设计要求 (3) 三实验原理 (3) 四实验操作 (4) 五程序设计 (10) 六硬件输出演示 (16) 七实验感想与体会 (22) 八参考文献 (23) 一 实验目的 1 掌握多波形信号发生器的DSP 设计可使学生更加透彻的理解和应用奈奎斯特采样定理，提 高学生系统地思考问题和解决问题的能力。 2 通过对DSP 信号处理器及D/A 转换器的编程，可以培养学生C 语言编程能力以及使用DSP 硬件平台实现数字信号处理算法的能力。 3 学习并掌握使用DSP 产生正弦波、方波、三角波、锯齿波灯信号的原理和算法，并利用GEL 文件实现频率和幅度的自动可调。 4 掌握利用CCS 建立工程、编译与调试代码的基本过程，可以在软件中观察图形及变量，并利用硬件进行输出显示。 5 掌握产生多种波形的理论方法，并比较产生信号的两种主要方法（查表发和计算法）的优缺点。 二 实验技术指标与设计要求 1 基本部分 1) 使用DSP 产生300—16000Hz 的正弦、方波、锯齿波和三角波信号，输出信号的幅度从 0~1VRMS （有效值）。要求使用计算法，并且频率可变、幅度可变。 2) 调节信号的频率和幅度时不能中断程序的运行。（提示：可以使用CCS 下的GEL 语言实现此功能） 2 发挥部分 在实验板的信号输出端分别接入16欧姆和32欧姆负载电阻，信号仍然保持空载时所设定的 输出幅度。 三 实验原理 1 产生连续的波形的方法主要有以下两种方法： 1）查表法：把事先将需要输出的数据计算好，存储在DSP 中，然后依次输出就可以了。查表法的优点是速度快，可以产生频率较高的波形，而且不占用DSP 的计算时间；查表法的缺点是在于需要占用DSP 的内部的存储空间，尤其对采样频率比较大的输出波形，这样,需要占用的内部的空间将更大，而DSP 内部的存储空间毕竟有所限制。这使得查表法的应用场合十分有限。 2）计算法：计算法可以使用泰勒级数展开法进行计算，也可以使用差分方程进行迭代计算或者直接使用三角函数进行计算。计算结果可以边计算边输出，也可以先计算后输出。计算法的使用比查表法灵活。计算法的优缺点正好和查表法相反。即：其优点是不占用DSP 的存储空间，其缺点是占用DSP 的计算时间，使得执行程序的开销变大。 本实验将用第二种方法即计算法产生一个正弦波信号，从DA 输出。正弦函数和余弦函数的泰勒级数数学表达式为： =x sin +-+-+-+---)1(121 9753x x x x x x n n ,x ?),(∞-∞∈ 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 信号发生器 本人介绍一下信号发生器的使用和操作步骤. 1、信号发生器参数性能 频率范围：0.2Hz ~2MHz 粗调、微调旋钮 正弦波, 三角波, 方波, TTL 脉波 0.5" 大型 LED 显示器 可调 DC offset 电位 输出过载保护 信号发生器/信号源的技术指标: 波形正弦波, 三角波, 方波, Ramp 与脉波输出 振幅>20Vp-p (open circuit)； >10Vp-p (加 50Ω负载) 阻抗50Ω+10% 衰减器-20dB+1.0dB (at 1kHz) DC 飘移<-10V ~ >+10V, (<-5V ~ >+5V 加 50Ω负载) 周期控制 1 : 1 to 10 : 1 continuously rating 显示幕4位LED显示幕 频率范围0.2Hz to2MHz(共 7 档) 频率控制Separate coarse and fine tuning 失真< 1% 0.2Hz ~ 20kHz , < 2% 20kHz ~ 200kHz 频率响应< 0.2dB 0.2Hz ~100kHz； < 1dB100kHz~2MHz 线性98% 0.2Hz ~100kHz； 95%100kHz~2MHz 对称性<2% 0.2Hz ~100kHz 上升/下降时间<120nS 位准4Vp-p±1Vp-p ~ 14.5Vp-p±0.5Vp-p 可调 上升/下降时间<120nS 位准>3Vpp 上升/下降时间<30nS 输入电压约 0V~10V ±1V input for 10 : 1 frequency ratio 输入阻抗10kΩ (±10%) 交流 100V/120V/220V/230V ±10%, 50/60Hz 电源线× 1, 操作手册× 1, 测试线 GTL-101 × 1 230(宽) × 95(高) × 280(长) mm,约 2.1 公斤 信号发生器是为进行电子测量提供满足一定技术要求电信号的仪器设备。这种仪器是多用途测量仪器,它除了能够输出正弦波、矩形波尖脉冲、TTL电平、单次脉冲等五种波形，还可以作频率计使用，测量外输入信号的频率 1．信号发生器面板： （1）电源开关； （2）信号输出端子； （3）输出信号波形选择； 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) 目录 摘 要 (2) Abstract (3) 1 绪论 (4) 1.1概述 (4) 1.2选题的目的、意义 (4) 1.3 选题的背景 (5) 1.4 本文所研究的内容 (6) 2 波形信号发生器的原理及方案选择 (7) 2.1任意波形信号发生器的原理 (7) 2.1.1 直接模拟法 (7) 2.1.2 直接数字法 (7) 2.2 任意波形发生器的设计方案 (9) 2.2.1 查表法 (9) 2.2.2计算法 (9) 2.2.3传统方法 (10) 3 基于DSP 5416的任意波形信号发生器的软件设计 (12) 3.1 TMS320C5416的开发流程 (12) 3.2软件开发环境 (13) 3.3任意波形信号发生器的软件编程 (14) 3.3.1 计算法实现波形输出 (14) 3.3.2 D/A转换 (15) 3.3.3波形控制及软件设计流程图 (16) 3.4参数的设定 (18) 4 基于DSP 5416的任意波形信号发生器的硬件设计 (20) 4.1 TMS320VC5416开发板 (20) 4.2 TMS320VC5416实验箱的连接 (23) 4.3 波形信号发生器的硬件测试过程 (23) 5 任意波形信号发生器展望 (28) 结束语 (29) 致谢 (30) 参考文献 (31) 摘 要 任意波形发生器是信号源的一种，它是具有信号源所具有的特点，更因它高的性能优势而倍受人们青睐。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。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 随着无线电应用领域的扩展，针对广播、电视、雷达、通信的专用信号发生器获得了长足的发展，表现在载波调制方式的多样化，从调幅、调频、调相到脉冲调制。如果采用多台信号发生器获得测量信号显然是很不方便的。因此需要任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator，AWG），使其能够产生任意频率的载频信号和多种载波调制信号。 目前我国已经开始研制任意波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国任意波形发生器还没有形成真正的产业。并且我国目前在任意波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。 本文主要工作分为以下几个方面：首先，介绍研制任意波形信号发生器的目的、意义、背景，以及利用CCS仿真工具用软件实现任意波形信号发生器的的过程 ；之后，对硬件的连接及测试结果作介绍；最后，简要的对任意波形信号发生器的未来作一下展望。 关键词：DSP，任意波形信号发生器,DDS 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 湖南文理学院课程设计报告 课程名称：电子技术课程设计 教学院部：电气与信息工程学院 专业班级：通信工程08101班 学生姓名：林洪湖（200816020143） 指导教师：邱德润 完成时间：2010 年6月25日 报告成绩： 目录 1.绪论 (3) 信号发生器现状 (3) 2.系统设计 (3) 控制芯片的选择 (4) 3.硬件电路的设计 (4) 3.1基本原理： (4) 3.2各部分电路原理 (8) 4.软件设计 (14) 4.1主程序流程图 (14) 4.2子程序流程图 (15) 5.测试结论 (18) 5.1软件仿真结果 (19) 5.2硬件测试结果 (21) 参考文献 (21) 多波形信号发生器设计 1.绪论 1.1信号发生器现状 波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，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。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。 信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。 本次用要用到的有函数发生器5G8038、集成振荡器E1648、集成定时器555/556. 2.系统设计 2.1系统方案 方案：采用函数信号发生器5G8038集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。 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 EDA课程设计 任 意 波 形 信 号 发 生 器 姓名: 陈冲 班级: 07通信工程 指导老师：孙惠章 目录 一.简述 (3) 二.设计性能要求 (3) 三.系统框图 (3) 四.系统电路图 (3) 五.基本工作原理 (4) 六. 单元电路模块源程序及功能 (5) 七.系统仿真波形 (10) 八.引脚锁定 (11) 九.实验结果及硬件验证 (11) 十．实验心得 (13) 任意波形信号发生器的设计 一.简述 随着信息科技的发展，波形发生器在科技社会等多个领域发挥着越来越重要作 用。采用eda技术利用quartus60软件平台，基于大规模可编程逻辑器件fpga 设计的多功能波形发生器系统，大大简化其结构, 降低成本, 提高了系统的可靠性 和灵活性。设计中运用计数器，数据选择器，对所需的频率进行选择和同步。使用宏 功能模块存储波形。然后多波形进行幅度的选择。产生满足需要的不用频率和幅度的 波形。 二．设计性能要求 1.能输出正弦波，锯齿波，阶梯波，三角波，方波，矩形脉冲等八种波形。 2.具有幅度和频率的调整。 3.单元电路模块使用VHDL语言编写。 三.系统框图 图1.任意波形信号发生器系统框图四．系统电路图 图2.任意波形信号发生器系统电路图 五．基本工作原理 将要产生的波形数据存入波形存储器中, 然后在参考脉冲的作用下, 对输入的频率数据进行累加, 并将累加器输出的一部分作为读取波形存储器的地址, 将读出的波形数据经D/A 转换为相应的电压信号,D/A 转换器输出的一系列的阶梯电压信号经低通滤波器滤波后便输出了光滑的合成波形的信号。 选择八种基础波形为设计与实现的对象，而八个波形作为同一个任意波形发生器里的四个部分，是有着同一个输入与输出，因此在设计上还需要对波形进行选择与控制的部分，通过对时钟脉冲输入的选择，使得八个波形模块只有一个输入为时钟脉冲，其他三个模块则输入始终为0。在波形输出时，设计一个模块控制输出的波形是所要求输出的波形，在时钟脉冲选择与输出波形选择两模块之间。 对于频率的选择可以选择分频器，同时也可以选择计数器，本实验采用的是计数器以实现分频的效果，输出分别为二分频，四分频，八分频，十六分频用以实现不同的频率。幅度调节可以使用lpm_divide，可以实现八种不同的幅度调节。 六．单元电路模块源程序及功能 1.分频模块 以下为分频模块(CT74161)的VHDL语言编程源程序 LIBRARY IEEE; 电子线路课程设计注意事项 1、本课程设计采用抽签形式选择相应题目，一般为4人一组，简 单设计以2人为一组；每组推出一个组长。 2、每组必须完成电路原理图、PCB版图、元器件焊接以及装置通 电试验，以及答辩的PPT。 3、每组组内成员为同一成绩。组内分工要明确，合作要和谐。具 体成绩包括焊接质量（5%）、电路完成情况（60%）、课程设计报告撰写（20%）、答辩（15%）。指导教师有权力根据综合情况调整分数。 4、指导教师为程志友、鲍文霞，按照大家选课时名单填写。 5、具体课程设计报告见附录。 6、未尽事项等候通知，其它事宜可和我联系。 附录： 《电子线路》课程设计报告 基于lm324的多用信号发生题目 器 学院 专业 组长姓名和学 号 学生姓名和学 号 指导教师 2016 年7 月7 日 目录 一选题目的及意义 设计电路的介绍和应用 本次课程设计以四运算放大器LM324为核心器件，通过迟滞比较器和积分器产生方波和三角波。再通过滤波电路和放大电路产生正弦波。它是信号发生器的基本原理电路，通过波形变换电路，可把它做成多用信号发生器。可应用于电子技术工程、通信工程、自动控制、仪器仪表及计算机技术等领域内。几乎所有的电参量在电子测量技术应用中都需要借助信号发生器进行测量。 按其信号波形分为四大类：①正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。②函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。③脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。④随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测 目录 一、题目要求及分析 (1) 1.1题目要求 (1) 1.2题目分析 (1) 二、任意波形信号发生器方案设计 (3) 2.1系统设计框图与思路 (3) 2.2 系统设计原理图 (5) 2.3 相关芯片介绍 (6) 三、相关模块具体程序实现 (10) 四、仿真及实际结果与分析 (16) 4.1波形选择及仿真结果 (16) 4.2波形选择及实际结果 (18) 4.3结果分析与相关问题解决 (23) 五、总结与体会 (24) 参考文献 (25) 附录 (26) 一、题目要求及分析 1.1题目要求 任意波形信号发生器 利用FPGA器件产生控制信号及数据信号，经DAC0832和TL082转换产生以下波形： 1)正斜率斜波； 2)正弦波； 3)锯齿波； 4)任意波形。 用示波器观察输出波形。 硬件电路内容和要求：用DAC0832实现数模转换电路，用TLC082实现电流－电压转换电路，画出电路原理图。 软件设计内容和要求：VHDL编程实现任意波形的信号控制器。要求可以用开关切换不同的波形数据输出。 扩展：增加衰减控制信号，通过开关控制衰减倍数，并在数码管显示。 1.2题目分析 VHDL语言是随着集成电路系统化和高度集成化的发展而逐步发展起来的，是一种用于数字系统的设计和测试的硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL 具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下和基于库的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。 在本次课程设计中，函数发生器的设计采用自顶向下的系统设计的方法，通过MAX+plusⅡ开发环境进行编辑、综合、波形仿真，并下载到CPLD器件中，采用模块化 学院：专业：班级： 图4—1 本实验系统传送信号流程图 4、数字信号的产生 在数字程控交换机中直接进行交换的是PCM数字信息，在这样的情况下如何使用户家收到信号音（如拨号音、回铃音、忙音等）是一个重要的问题。因为模拟信号产生的信号音是不能通过PCM交换系统的，这就要求设计一个数字信号发生器，使之能与交换网络输出这样一些PCM信息，这些数字信息经过非线性译码后能成为一个我们所需的模拟信号音。 ）传统方式产生数字信号音 图4—3 450HZ正弦波信号一个周期取样示意图 我们对正弦信号再以每隔125us取样一次，并将取样所得的正弦信号幅度按照A规律十 图4—4 数字信号产生电流原理图 5、拨号音及控制电路 主叫用户摘机，CPU检测到该用户有摘机状态后，立即向该用户发出声音信号，表示可以拨号，当CPU中央处理单元收到第一个拨号脉冲后，立即切断该声音信号，该声音信号就叫拨号音。拨号音由上述数字信号产生，一旦一有用户摘机，交换网路把数字信号音送给该用户，经过TP3067的译码，提供给用户450hz的正弦波。 图4—5断续电路原理图 7、忙音及控制电路 忙音表示被叫用户处于忙状态，此时用户应该挂机，等一会在从新呼叫 本试验箱大于采用0、35秒断，0、35秒继续的400hz—450hz的方波信号，图4—6是该电路的原理图。 图4—6忙音控制电路的原理图。 图4—7铃流信号发生电路的原理图 上述四种信号在本实验系统中均有具体的电路实现，然而在程控交换机中，信号音还不止上述几种，在此做一简单介绍，不作实验要求。 1、数字程控交换原理实验箱 2、电话机 F=25hz，Vpp=2.0V 任意波形发生器的设计方案 12电信1 张晓航 1200301108 一，选择课题： 电子测量仪器设计——任意波形发生器设计 二，设计要求： 能产生方波、三角波、正弦波、锯齿波信号。主要技术指标： (1)输出频率范围100HZ~1KHZ、1~10KHZ (2)输出电压：方波UPP=6V，三角波UPP=6V，正弦波UPP>1V，锯齿波UPP=6V。 三，仪器仪表清单： 1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 2台 3．运放741（LM324n）*3 4.二极管 1N4154*2 1N4680*2 5．电位器50K*2 1K*1 6．电容1μF 47nF *1 7．电阻 100k 10k 5k 3k 4k 96k若干 8．面包板 1块 9．剪刀１把 10．仪器探头线 2根 11．电源线若干 四，设计考虑因素： 信号发生器可以通过多种方法设计产生，但是考虑到如果使用芯片去完成可能所需要的成本比较高，但如果用单片机等则设计太复杂，还需要嵌入相应代码，有点大材小用，综合多方面的因素考虑该方案是可行性比较高，性价比比较高的一种方案，同时，能够让我对于一些专业基础知识有了更深的了解。元器件可重复利用，符合现在可持续发展的绿色思想。 该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便. 五，函数发生器的总方案： 为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，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（锯齿波）—正弦波函数发生器的设计方法。 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 函数发生器电路组成框图 由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可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。 《电子技术课程设计》 题目：多功能信号发生器 院系：电子信息工程 专业：xxxxxxxx 班级：xxxxxx 学号：xxxxxxxx 姓名：xxx 指导教师：xxx 时间：xxxx-xx-xx 电子电路设计 ——多功能信号发生器目录 一..课程设计的目的 二课程设计任务书(包括技术指标要求) 三时间进度安排(10周~15周) a.方案选择及电路工作原理； b.单元电路设计计算、电路图及软件仿真； c.安装、调试并解决遇到的问题； d.电路性能指标测试； e.写出课程设计报告书； 四、总体方案 五、电路设计 (1)8038原理, LM318原理, (2)性能\特点及引脚 (3)电路设计,要说明原理 (4)振动频率及参数计算 六电路调试 要详细说明(电源连接情况, 怎样通电\ 先调试后调试,频率调试幅度调试波行不稳调试 七收获和体会 一、课程设计的目的 通过对多功能信号发生器的电路设计，掌握信号发生器的设计方法和测试技术，了解了8038的工作原理和应用，其内部组成原理，设计并制作信号发生器能够提高自己的动手能力，积累一定的操作经验。在对电路焊接的途中，对一些问题的解决能够提高自己操作能力随着集成制造技术的不断发展，多功能信号发射器已经被制作成专用的集成电路。这种集成电路适用方便，调试简单，性能稳定，不仅能产生正弦波，还可以同时产生三角波和方波。它只需要外接很少的几个元件就能实现一个多种波、波形输出的信号发生器。不仅如此，它在工作时产生频率的温度漂移小于50×10-6／℃;正弦波输出失真度小于1％,输出频率范围为0.01Hz~300kHz;方波的输出电压幅度为零到外接电源电压。因此，多功能信号发生器制作的集成电路收到了广泛的应用。 二、课程设计任务书(包括技术指标要求) 任务：设计一个能产生正弦波、方波、三角波以及单脉冲信号发生器。 要求： 1．输出频率为f=20Hz~5kHz的连续可调正弦波、方波和三角波。 2．输出幅度为5V的单脉冲信号。 3．输出正弦波幅度V o= 0~5V可调，波形的非线性失真系数γ≤ 信号发生器 一、实验目的 1、掌握集成运算放大器的使用方法，加深对集成运算放大器工作原理的理解。 2、掌握用运算放大器构成波形发生器的设计方法。 3、掌握波形发生器电路调试和制作方法 。 二、设计任务 设计并制作一个波形发生电路，可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号。 三、具体要求 （1）可以同时输出正弦、方波、三角波三路波形信号，波形人眼观察无失真。 （2）利用一个按钮，可以切换输出波形信号。。 （3）频率为1－2KHz 连续可调，波形幅度不作要求。 （4）可以自行设计并采用除集成运放外的其他设计方案 （5）正弦波发生器要求频率连续可调，方波输出要有限幅环节，积分电路要保证电路不出现积分饱和失真。 四、设计思路 基本功能：首先采用RC 桥式正弦波振荡器产生正弦波，然后通过整形电路(比较器)将正弦波变换成方波，通过幅值控制和功率放大电路后由积分电路将方波变成三角波,最后通过切换开关可以同时输出三种信号。 五、具体电路设计方案 Ⅰ、RC 桥式正弦波振荡器 图1 图2 电路的振荡频率为：RC f π21 0= 将电阻12k ，62k 及电容100n ，22n ，4.4n 分别代入得频率调节范围为：24.7Hz~127.6Hz ，116.7Hz~603.2Hz ，583.7Hz~3015Hz 。因为低档的最高频率高于高档的最低频率，所以符合实验中频率连续可调的要求。 如左图1所示，正弦波振荡器采用RC 桥式振荡器产生频率可调的正弦信号。J 1a 、J 1b 、J 2a 、J 2b 为频率粗调，通过J 1 J 2 切换三组电容，改变频率倍率。R P1采用双联线性电位器50k ，便于频率细调，可获得所需要的输出频率。R P2 采用200k 的电位器，调整R P2可改变电路A f 大小，使得电路满足自激振荡条件，另外也可改变正弦波失真度，同时使正弦波趋于稳定。下图2为起振波形。 多波形信号发生器（理论设计部分） 电子电路中，信号源是必备的，在电路中，所需要的信号由信号源提供。而现在使用最多的信号主要是正弦波，脉冲波，三角波，锯齿波等等，本讲介绍一种能同时产生脉冲波和三角波的电路的设计与实验。三角波的产生可以利用电容器的充放电过程（积分电路）来实现，因为三角波要求电位变化是线性的，即均匀变化，可以利用运算放大器产生一个对电容充放电电流恒定的电路，充电和放电过程可以由脉冲信号控制，而脉冲信号的形成也可以由运算放大器来完成，脉冲波可以由运算放大器构成比较器来产生。从以上讨论可知，电路利用的主要器件是运算放大器。 运算放大器的基本概念 1运算放大器是电子电路中最常用的电 子器件之一，利用运算放大器可以构成比 较器，电压跟随器（隔离电路），比例放 大器，运算电路，信号发生器，滤波器等 多种用途的电路。 2 运算放大器的电路符号如图所示，它有两个输入端{其中（+）叫做同相输入端，（-）叫做反相输入端}，一个输出端。 3 运算放大器具有两个重要的特性，一是两个输入端的输入阻抗都很大，一般都在106Ω以上，二是开环放大倍数很大，一般都在105倍以上。 4 当运算放大器开环（在输出端和输入端不加反馈电路）使用时， 1 一般都会工作在饱和状态（原因是：两输入端加上电压信号，输出端的电压受到电源电压的限制其最大值高不能超过电源正电压，低不能低于电源负电压），当V+ > V- 时，输出高电平（接近电源正电压），当V+ < V- 时，输出低电平（接近电源负电压）。这就是一个比较器。 5 当运算放大器闭环{在输出端和反相输入端（-）加反馈电路}使用时，运算放大器的运用非常灵活，可以构成各种各样的电路，但无论是分析还是设计电路，只要掌握以下两点：一是因为输入阻抗很大使得输入电流很小而忽略认为两输入端的电流为0（虚断路，如LM358输入端电流45nA），一是因为开环放大倍数很大使得两输入端的电压很小而忽略认为两输入端的电压为0（虚短路，如LM358输出信号幅度1V,两输入端电压最大仅为10μV），由以运算放大器为核心器件构成的电路的分析与设计就变得非常简单与方便。 常用的通用运算放大器LM358和LM324简介 1 通用运算放大器LM358是一块双运放集成电路，内含二个完全一样的运算放大器，引脚8个，引脚编号1，2，3，4，5，6，7，8按如下方法确定：正面朝上，有缺口的一方朝左（或者有圆点的位置在左下），左下第一引脚为1， 然后按逆时针顺序依 次确定2，3，4，5，6， 7，8，即左上脚为8 号引脚。实物图如图所示。8脚接正 电源，4脚接负电源或地GND．引脚3，2，1三个脚组成A运放 2 信号发生器本人介绍一下信号发生器的使用和操作步骤1、信号发生器参数性能频率范围：0.2Hz ~2MHz 粗调、微调旋钮正弦波, 三角波, 方波, TTL 脉波0.5" 大型LED 显示器可调DC offset 电位输出过载保护信号发生器/ 信号源的技术指标: 主要输出 波形正弦波, 三角波, 方波, Ramp 与脉波输出 振幅>20Vp-p （opencircuit）；>10Vp-p （加50Ω 负载） 阻抗 50Ω+10% 衰减器 -20dB+1.0dB （at 1kHz） DC 飘移<-10V ~ >+10V, （<-5V ~ >+5V 加50Ω负载） 周期控制 1 : 1 to 10 : 1 continuously rating 显示幕 4 位LED 显示幕 频率范围 0.2Hz to2MHz（共7 档） 频率控制Separate coarse and fine tuning 正弦波 失真< 1% 0.2Hz ~ 20kHz , < 2% 20kHz ~ 200kHz 频率响应< 0.2dB 0.2Hz ~100kHz；< 1dB 100kHz~ 2MHz 三角波 线性98% 0.2Hz ~100kHz；95%100kHz~ 2MHz 对称性<2% 0.2Hz ~100kHz 上升/ 下降时间<120nS CMOS输出 位准4Vp-p±1Vp-p ~ 14.5Vp-p±0.5Vp-p 可调 上升/ 下降时间<120nS TTL 输出 位准>3Vpp 上升/ 下降时间<30nS VCF 输入电压约0V~10V ±1V input for 10 : 1 frequency ratio 输入阻抗10kΩ (± 10%) 使用电源 交流100V/120V/220V/230V ±10%, 50/60Hz 附件 电源线× 1, 操作手册× 1, 测试线GTL-101 × 1信号发生器概述
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函数波形信号发生器
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DSP任意波形信号发生器毕业设计
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