2012山东省大学生电子设计竞赛
设计报告
题目: 波形发生器
论文编号：第六组
参赛学校：xxxxx
参赛学生：xxxxxxx
指导教师：xxxxx
二○一二年八月
波形发生器
摘要：本设计给出了以通宇达32位单片机ARM（LM3S1138）为核心的波形发生器的基本原理与实现方案。该系统由波形发生、D/A转换、低通滤波、键盘控制和LCD显示五个模块构成，采用数值计算的方法由单片机实现波形发生和波形控制，通过D/A转换和低通滤波电路模块完成波形输出。可通过键盘选择波的类型、控制幅度和频率。本系统可产生输出频率及幅度可调，频率范围为100Hz~10kHz的方波、三角波、正弦波及三种波形的线性组合波形，以及由基波及其谐波的线性组合波形，波形信号的频率、波形与幅度值送至LCD进行显示。本系统具有波形信号频率、波形、幅度变化容易，硬件电路简单可靠，成本低，稳定性高等特点。
关键词：ARM LM3S1138 基波与谐波复合波数值计算D/A转换
目录
1方案论证与设计 (1)
1.1波形产生方案 (1)
1.2幅度调整方案 (1)
1.3频率调整方案 (2)
1.4显示部分设计方案 (2)
1.5滤波电路 (2)
1.6波形存储方案 (2)
2系统硬件原理分析与设计 (3)
2.1波形发生原理 (3)
2.2D/A转换模块器模块 (5)
2.3低通滤波电路模块 (7)
3系统软件设计 (8)
3.1系统软件介绍 (8)
3.2程序流程图 (8)
4系统测试与误差分析 (10)
4.1测试环境 (10)
4.2测试仪器 (11)
4.3测试方法 (11)
4.4测试数据 (11)
4.5误差分析 (12)
5总结 (13)
参考文献 (13)
附录 (13)
波形发生器
1方案论证与设计
1.1波形产生方案
方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038。此方案可产生正弦波、方波、三角波，通过调整外部元件可改变输出频率。
方案二：：程控数字锁相环频率合成。这种技术已经很成熟，也已经有各种成品集成电路可供使用，并且可以实现三种基本波形。具体方案如下：首先通过频率合成技术产生所需要频率的方波，通过积分电路就可以得到同频率的三角波，再经过滤波器就可以得到正弦波。
方案三：基于计算的数字频率合成。利用函数将组成波的点保存在单片机的RAM中，根据波形的频率计算出送点的时间间隔，将定时器设为周期定时器，定时时间设为送点的时间间隔，定时时间到了就产生中断，然后送点到D/A进行转换，这样就得到了连续的波形。
对以上三种方案进行比较，方案一采用模拟器件，分散性太大，而采用单片压控函数发生器，参数与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而成本高、精度低、频率稳定性较差、抗干扰能力低，而且不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的功能；方案二可达到很高的工作频率和频率分辨率，但使用的滤波器要求通带可变，实现起来困难，而且不能实现任意波形功能；方案三采用数值计算的方法通过单片机产生各种波形，虽然增加了软件难度，但却减小了硬件复杂度，而且成本低、精度高、频率稳定性高、抗干扰能力强。因此采用方案三来实现波形发生。
1.2幅度调整方案
方案一：用高速模拟乘法器实现。采用AD835 模拟乘法器，来实现模拟调制。模拟乘法器AD835的-3dB截止频率为250MHz，能够满足题目的要求。
方案二：采用D/A转换器。可以通过在软件中设置一个幅度的参数来改变送往D/A转换的值的大小，从而改变输出波形的幅度大小。
对以上方案进行比较，方案一利用模拟乘法器来实现幅度调整，AD835的差分输入范围仅为 1V，因此必须对多输入信号进行预处理，这样既增加了硬件，又加大了软件设计的难度；而采用方案二，虽然增加了软件的难度，延迟了波形的输出时间，但是可以不用外加硬件拓展，节省了成本。综合考虑，采用方案二来实现幅
度调整。
1.3频率调整方案
方案一：通过在存储芯片ROM中保存不同频率信号的信号发生点数，在频率切换时调用ROM中所存储的不同点数模块来实现频率的切换。
方案二：重新设定定时器的装载值，改变送点的时间间隔，从而改变发生的波形的频率。
对以上方案进行比较，方案一占用存储空间较多，实现起来困难；方案二占用存储少，且实现起来简单。因此采用方案二的设计方法。
1.4显示部分设计方案
方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。
方案二：采用中文点阵LCD液晶显示，可以显示数字、中文与阿拉伯字母等，随着半导体技术的发展，LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。
比较以上两种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用LCD来实现显示功能。
1.5滤波电路
方案一：利用运放芯片TL082构成的有源二阶巴尔沃基滤波器，它的频率范围可以达到1MHz，远高于最高频率200KHz，而且可以提高输出电压的稳定性。
方案二：采用硬件构建的有源滤波器，通常这种滤波电路主要采用运放、电阻电容组成。其优点是具有不用电感，体积小，重量轻等；缺点是其集成运放的带宽有限，电路的工作频率有限难以做得很高。
由于所设计的信号源的频率相对来说不是很高，采用普通有源滤波器已经可以完成设计的要求，因此选择方案二。
1.6波形存储方案
方案一：采用蓄电池对存有波形数据的SRAM进行持续供电。此方案实现简单，用于保护直接存放波形数据的SRAM，使其在关机或意外掉电后能够马上恢复上次输出的波形。
方案二：使用E2PROM来存储所产生的波形表使我们能够同时实现基本要求里的波形存储和发挥部分的掉电存储功能，而无须外加其他设备。采用2K的E2PROM，
即可满足题目中对波形存储和掉电保护的各种要求，将波形数据以及各种系统设置值永久的存入E 2PROM 中。此方案可以可靠地将数据保存下来，能对用户输入的波形进行“硬盘”式的存储，容量大，可用于储存用户自定义波形。
比较以上两种方案，故选择方案二。
2 系统硬件原理分析与设计
本设计中波形信号的产生直接用D/A 转换器和软件的结合来生成，系统框图如图2-1-1所示：
2.1 波形发生原理
2.1.1 单个波形发生原理分析
本设计中信号的产生直接用D/A 转换器和软件的结合来生成，各种波形的信号数据采用了函数计算的方法来取得：
()Y f N =
其中N 表示所要取得的点数。
考虑到输出波形频率范围为100Hz~20KHz ，而D/A 转换器的分辨率为8位，转换时间为1μs ，而：
max 1/()N f t =?
其中f max 为最高频率，t 为D/A 转换时间，代入数据计算：
361/(2010z 110)N H s -=???
可得N=50。但考虑到取N=50时输出波形是离散的，为了输出连续不失真波形，且尽量提高波形频率，故取N=100，即一个完整波形的基本正弦信号有100个数据信
图2-1-1 系统框图
号点组成，将波形数据通过长度为100的无符号字符数组存储到RAM 中。由于单片机只能输出正电压，且无符号字符数据占一个字节，范围为0~255，故需将各波形一个周期内的100个数据转换为0~255的整形数据，再转换成16进制数。具体计算公式如下：
正弦波：
2128+128sin()(0,1,2,,99)100
Y i i π
??=??=????? 三角波：
128
1128(0,1,2,,24)25Y i i ??=+?=????? 2552255(25)(25,26,,74)50Y i i ??=+?-=?????1283(75)(75,76,,99)25
Y i i ??=?-=?????方波：
1255(0,1,2,,49)Y i ??==????? 20(50,51,52,,99)Y i ??==?????
其中[Y ]、[Y 1]、[Y 2]、[Y 3]为取整。
各种波形生成原理图如图2-1-2所示：
图 2-1-2 各种波形生成原理图
2.1.2 复合波发生原理电路
复合波形由正弦波、方波和三角波同频率合成：
()sin(wt)squ ()()=wt wt tri wt V A V B V C V ?+?+?
其中()wt V 为复合波形函数，sin(wt)V 为正弦，squ()wt V 为方波，()tri wt V 为三角波，A 、B 、C 为幅度系数，只要改变三个的幅度系数就可以得到不同的复合波形。
2.2 D/A 转换模块器模块
2.2.1 DAC0832原理分析
要实现波形输出，需将ARM 输出的数字信号转换成模拟信号，再通过示波器显示波形。DAC0832是采用CMOS 工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器，如图2-2-1所示：
图2-2-1 DAC0832电路图
它由倒T 型R-2R 电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压REF V 四大部分组成。运算放大器输出的模拟量O V 为：
120120(222)2n n REF f
O n n n V R V D D D R
----?=-?+?+???+??
由上式可见，输出的模拟量与输入的数字量（120120222n n n n D D D ----?+?+???+?）成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。一个8位D/A 转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意，
而只能是256个可能值。DAC0832的逻辑框图和引脚排列图如图2-2-2所示：
图2-2-2 DAC0832逻辑框图和引脚排列
2.2.2 原理电路
DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压信号。DAC0832有三种工作方式，其中直通方式为：当ILE 接高电平，CS 、WR1、WR2和XFER 都接数字地时，D/A 工作于直通方式。本设计采用直通方式，具体电路连接如图2-2-2所示：
图 2-2-3 D/A 转换电路
2.3 低通滤波电路模块
由赛题的要求，输出波形的频率范围为100Hz ～20kHz ，为了消除波形表生成时所带来的毛刺及生成正弦波时进行数模转换所产生的高频分量,需在系统的后级设计了滤波器来提高产生的波形质量。
对阶梯正弦波进行傅里叶分析，可以证明；若一个周期采样点数为N ，则其高次谐波能量主要集中在输出频率的1N ±倍频，其幅值为基频的1(1)N ±。低通滤
波电路模块，可以平滑其台阶。另外，还需要滤除由DAC0832产生的1MHz 和10MHz 的高频分量。
本设计采用如图2-3-1所示的RC 有源滤波电路。R 、C 的具体参数如下：
R1= k Ω，R2= 500Ω，R3= 20k Ω，C1=120pF
由于要求滤波电路的输入与输出等大同向，故采用的是同向比例放大器。该同向比例放大器的放大倍数为：
21500
110.017130000
f R A R =+
=+≈≈ 经Multisim 仿真，该滤波电路的中频放大倍数为0.143dB ，近似等于0dB ，-3dB 带宽近似为100kHz ，因此基本可消除波形表生成时所带来的毛刺及生成正弦波时进行数模转换所产生的高频分量，以及由DAC0832产生的1MHz 和10MHz 的高频分量。低通滤波器原理电路如图2-3-1所示：
图2-3-1 低通滤波器原理电路
3系统软件设计
3.1系统软件介绍
软件部分采用模块化程序设计的方法，由主控制程序、液晶显示部分子程序、波形发生子程序、键盘服务子程序组成。本系统选用通宇达公司推出LM3S1138型32位ARM单片机微控制器，它带有高寻址能力的32K字节闪存FLASH以及2K 静态RAM，具有32位可编程的多功能I/O端口，中断处理能力强，适合于实时、高速的应用领域，尤其是其指令系统中提出了具有较高运算速度的16×16位乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，可以进行数字信号处理。在其编译环境下可以内嵌C高级语言，C语言函数与汇编函数可以很方便的相互调用，所以编程效率高而且可靠。
3.2程序流程图
主程序流程图如图3-2-1所示：
图3-2-1主程序流程图定时器中断流程图：
Key 中断程序流程图：
4 系统测试与误差分析
4.1 测试环境
时间：2012年8月18日 温度：28C 0
图3-2-3 Key 中断程序流程图
4.2测试仪器
（1）FLUKE17B多功能数字万用表
（2）数字示波器TDS1002
（3）通宇达ARM单片机 LM3S1138
（4）直流稳压电源 YB1731B 3A
4.3测试方法
采用自下而上的调试方式，先进行模块测试程序的调试，待全部通过之后将所有的软件程序串接起来并结合硬件电路进行整体调试。单片机系统模块测试从键盘读入键值，经单片机处理后，用数字示波器显示波形，用频率计测量频率、幅度，观察LCD显示是否正常，用万用表测量负载电阻值。
4.4测试数据
4.4.1频率测试
输出波形幅度范围测试在幅度为3V的条件下，测得的输出幅度数据如表4-1所示：
4.4.2幅度测试
输出波形幅度范围测试在频率为10kHz，负载电阻为100kΩ条件下，测得的输出幅度数据如表4-2所示：
表 4-2 频率测量校准数据
4.5误差分析
4.5.1量化波形数据的误差分析
由于RAM中存储的数据字长和D/A位数有限，所以D/A进行幅值量化时会产生幅值量化误差。增加数据字长和D/A位数可以减小这种误差。
4.5.2D/A转换器的非线性引起的误差分析
DAC0832的非理想特性包括：差分、积分的非线性，D/A转换过程中的尖峰电流，转换速率受限（本设计采用DAC0832，上限工作频率1MHz）等。同时由于D/A 转换过程中不可避免的存在量化误差，所以产生的波形幅值与频率将会与设定的预期值形成一定的误差。
4.5.3后级运放产生的误差分析
由于集成运放自身存在的输入失调电压和输入失调电流的影响，以及运放本身增益带宽积与上升速率的影响，在输入频率较高时，不可避免会出现相位失真。由
于通用板本身结构的限制，以及电路中两路信号的串扰等影响，都会使得系统存在一定的误差
4.5.4电源噪声
这种随机噪声也会对输出波形产生一定的影响，使输出纹波增大。为减弱这种噪声，一方面可以选择纹波小的电源，另一方面可以通过电源退耦以减小其影响。
5总结
经过测试，本系统实现了产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形，以及用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。输出波形的频率范围为100Hz～10kHz；重复频率可调，频率步进间隔100Hz。输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。具有LCD显示输出波形的类型、重复频率和幅度的功能。具有波形存储和掉电保护功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。
由于比赛时间有限，系统还有许多不足和待改善的地方，如加入语音播报功能使系统趋于人性化。
参考文献
[1]陈炳和.计算机控制系统基础.北京：北京航天航空大学出版社，2001.
[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）.武汉：华中理工出版社，2000.
[3]黄志伟等.32位ARM微控制器系统设计与实践. 北京：北京航天航空大学出版社，2010.
[4]张菊鹏等.计算机硬件技术基础（第二版）.北京：清华大学出版社，2000.
[5]胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）.北京:清华大学出版社,1997.
附录
1、单片机最小系统图：
2800n F
2900n F
1600n F
2、各种波形图：
2o x ss DA CL
Figure 1 正弦波
Figure 2 三角波
Figure 3 方波
Figure 4 基波与谐波
Figure 5 复合波
3、滤波电路Multisim仿真图：
滤波电路Multisim仿真电路图4、元器件明细表：
(1)ARM LM3S1138单片机实验板一片；
(2)LM324一个；
(3)电阻30kΩ、 500Ω、20kΩ各一个；
(4)电容120pF一个；
(5)DAC0832一个；
(6)中文点阵LCD 128*64一块；
函数信号发生器
函数信号发生器 1.概述 1.1 任务说明 1．设计、调试方波、三角波、正弦波发生器 2．输出波形：方波、三角波、正弦波 3．.频率范围三段：10～100Hz，100 Hz～1KHz，1 KHz～10 KHz 4．正弦波U≈3V，三角波U≈5V，方波U≈14V 1.2 信号发生器发展现状 随着信息科技的发展，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，这就需要能产生高频信号的振荡器。 在电子工程中，常常用到正弦信号，作为信号源的振荡电路，主要的要求是频率准确度高、频率稳定性好、波形失真小和振幅稳定度高等。 在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火，超声波焊接，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。可见，正弦波振荡电路在各个科学技术部门的应用是十分广泛的。 正弦波振荡电路广泛应用于无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器等。正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电是从电源的直流电转换而来的。 1.3 信号发生器的分类 信号发生器用途广泛、种类繁多，它分为通用信号发生器和专用信号发生器两大类。专用仪器是为某种专用目的而设计制作的，能够提供特殊的测量信号，如调频立体声信号发生器、电视信号发生器等。通用信号发生器应用面广，灵活性好，可以分为以下几类： 1、按发生器输出信号波形分类 按照输出信号波形的不同，信号发生器大致分为正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器和随机信号发生器。应用最广泛的是正弦信号发生器。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。函数信号发生器也比较常用，这是因为它不仅可以输出多种波形，而且信号频率范围较宽。脉冲信号发生器主要用来测量脉冲数字电路的工作性能和模拟电路的瞬态响应。随机信号发生器即噪声信号发生器，用来产生实际电路和系统中的模拟噪声信号，借以测量电路的噪声特性。 2、按工作频率分类 按照工作频率的不同，信号发生器分为超低频、低频、视频、高频、甚高频、超高频信号发生器。 3、按调制方式分类 按调制方式的不同，信号发生器分为调幅、调频、调相、脉冲调制等类型。
一、设计任务和要求 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。 二、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、C1=C2。即f=f 时，F=1/3、Au=3。然而，起振条件为Au略大于3。实际操作时， 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。 （3）单元电路设计 此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出
陕西国防学院电子工程系毕业论文 摘要 本系统以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测量使用。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0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。 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。 关键词： ICL8038，波形，原理图，常用接法 1
陕西国防学院电子工程系毕业论文 目录 摘要 (1) 目录 (2) 第一章项目任务 (3) 1.1 项目建 (3) 1.2 项目可行性研究 (3) 第二章方案选择 (4) 2.1 [方案一] (4) 2.2 [方案二] (4) 第三章基本原理 (5) 3.1函数发生器的组成 (6) 3.2 方波发生器 (6) 3.3 三角波发生器 (7) 3.4 正弦波发生器 (9) 第四章稳压电源 (10) 4.1 直流稳压电源设计思路 (10) 4.2 直流稳压电源原理 (11) 4.3设计方法简介 (12) 第五章振荡电路 (15) 5.1 RC振荡器的设计 (15) 第六章功率放大器 (17) 6.1 OTL 功率放大器 (17) 第七章系统工作原理与分析 (19) 7.1 ICL8038芯片简介 (19) 7.2 ICL8038的应用 (19) 7.3 ICL8038原理简介 (19) 7.4 电路分析 (20) 7.5工作原理 (20) 7.6 正弦函数信号的失真度调节 (23) 7.7 ICL8038的典型应用 (24) 致谢 (25) 心得体会 (26) 参考文献 (27) 附录1 (28) 附录2 (29) 附录3 (30) 2
目录 摘要 (2) 第一章方案提出 (3) 第二章电路的基本组成及工作原理 (4) 第一节系统组成框图 (4) 第二节方波的产生 (5) 第三节由方波输出为三角波（利用积分器来实现） (7) 第四节由三角波输出正弦波 (9) 第三章 555定时器的介绍 (10) 第一节电路组成 (11) 第二节引脚的作用 (12) 第三节基本功能 (13) 第四章元件清单 (15) 第五章总结 (16) 附录及参考文献 (17) 第一节附录 (17) 一多谐振荡器——产生矩形脉冲波的自激振荡器 (17) 二电路原理图 (19) 第二节参考文献 (20)
摘要 各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等。在电器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。波形产生电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流能量输出电路，又称为振荡器或波形发生器。 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。 波形发生器通过与波形变换电路相结合，它能产生正弦波、矩形波、三角波和阶梯波等各种波形，能满足现代测量、通信、自动控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。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等。 关键字：方案确定、参数计算、信号、发生器等。
沈阳理工大学课程设计专用纸No I
1 引言 波形发生器是一种常用的信号源，广泛应用于通信、雷达、测控、电子对抗以及现代化仪器仪表等领域，是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。随着现代电子技术的飞速发展，现代电子测量工作对波形发生器的性能提出了更高的要求，不仅要求能产生正弦波、方波等标准波形，还能根据需要产生任意波形，且操作方便，输出波形质量好，输出频率范围宽，输出频率稳定度、准确度及分辨率高，频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。可见，为适应现代电子技术的不断发展和市场需求，研究制作高性能的任意波形发生器十分有必要，而且意义重大。 波形发生器的核心技术是频率合成技术，主要方法有：直接模拟频率合成、锁相环频率合成(PLL)，直接数字合成技术(DDS)。 传统的波形发生器一般基于模拟技术。它首先生成一定频率的正弦信号，然后再对这个正弦信号进行处理，从而输出其他波形信号。早期的信号发生器大都采用谐振法，后来出现采用锁相环等频率合成技术的波形发生器。但基于模拟技术的传统波形发生器能生成的信号类型比较有限，一般只能生成正弦波、方波、三角波等少数的规则波形信号。随着待测设备的种类越来越丰富，测试用的激励信号也越来越复杂，传统波形发生器已经不能满足这些测试需要，任意波形发生器（AWG)就是在这种情况下，为满足众多领域对于复杂的、可由用户自定义波形的测试信号的日益增长的需要而诞生的。随着微处理器性能的提高，出现了由微处理器、D／A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。它扩展了波形发生器的功能，产生的波形也比以往复杂。实质上它采用了软件控制，利用微处理器控制D／A，就可以得到各种简单波形。但由于微处理器的速度限制，这种方式的波形发生器输出频率较低。目前的任意波形发生器普遍采用DDS(直接数字频率合成)技术。基于DDS技术的任意波形发生器(AWG)利用高速存储器作为查找表，通过高速D／A转换器对存储器的波形进行合成。它不仅可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波等规则波形，而且还可以通过上位机编辑，产生真正意义上的任意波形。
毕业设计(论文) 题目:波形发生器 成都工业学院
论文摘要 设计采用MCS-51系列单片机构成具有高可靠性的波形发生器，以单片机AT89C52为控制器，以DDS AD9850、D／A转换器TLC5615为核心。通过微处理器控制AD9850，实现信号发生器功能,微处理器控制D／A转换器TLC5615，从而控制乘法器AD534，实现正弦信号幅值的可调性。 系统由单片机AT89C52最小系统模块、键盘模块、函数信号发生模块、I/O 口扩展模块（8155）、LCD1602显示模块、TLC5615与AD534调幅模块、中断调频和调相模块组成、积分电路模块组成。单片机AT89S52最小系统模块为单片机提供12MHz晶振和复位电路，为单片机提供复位信号和内部时钟。键盘模块以键盘扫描方式输入信号频率的初始值，以实现频率初始值时时可改的功能。函数信号发生模块用数控的方法控制DDS芯片AD9850产生25Hz－40MHz正弦信号，25Hz－5MHz方波信号。I/O口扩展模块利用8155芯片扩展单片机I/0口，以满足本设计对I/O口的需求量。LCD1602显示模块时时显示输出波形频率、相位和幅值。TLC5615与AD534调幅模块利用微处理器控制D／A转换器TLC5615，从而控制乘法器AD534，实现正弦信号幅值的可调性，精度可达O.05 V。中断调频和调相模块由外中断0和外中断1组成，分别实现对输出信号频率步进、相位步进以及频率初值设定功能，频率步进量可达0.024，相位可按11.25°、22.5°、45°、90°、180°依此循环调节。积分电路模块通过运算放大器，对输出方波积分实现三角波输出。本设计用C语言编写模块化程序，增强可读性，便于AT89S52对各模块的控制。 关键词：单片机波形发生器直接频率合成器
四川师范大学成都学院通信原理课程设计 目录 前言 (1) 1 函数信号发生器设计任务 (1) 1.1 设计提议 (1) 1.2 方案论证与研究 (1) 2 方案设计 (2) 2.1 项目指标 (2) 2.1.1 电源参数 (2) 2.1.2 工作频率 (2) 2.2 方案比较及选择 (2) 3 设计理论 (3) 3.1 函数发生器的结构组成 (3) 3.2 方波信号 ........................................................... 3 如图3.2-1由运算放大器和电容积分电路、Rf组成的，输出电压最终反馈到运 放反相输出端，因此积分电路有负反馈和延迟的作用。 (3) 3.3 正弦波信号 (4) 3.4 三角波信号 (6) 4 RC振荡电路设计 (7) 5 放大器功率及ICL8038介绍 (9) 5.1 放大器功率 (9) 5.2 ICL8038原理介绍 (10) 6 致谢 (11) 7 总结及体会 (12) 附录1 系统原理图 (13) 附录2 系统元件清单 (14) 附录3 系统PCB图 (15) I 四川师范大学成都学院通信原理课程设计参考文 献 (16) II 四川师范大学成都学院通信原理课程设计函数信号发生器设计论文 前言 函数信号发生器的制作是以集成块ICL8038为核心器件，制作的成本也相对较低。是适合学生学习、使用电子技术测量。ICL8038可以输出具有多种波形的精
密振荡集成电路，要想产生从0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号只需要个别外部元件。输出波形的占空比和频率还可以由电阻或电流控制。其次由于此芯片具有调制信号的输入端，所以可以用作频率调制，针对于低频信号。 函数信号发生器有着不同的用途，其电路中使用的器件是分离器件的可以产生三种或多种波形的函数发生器；而产生正弦波、方波、三角波也有多种方案，是集成器件电路，如先产生正弦波，根据其周期性内部某种确定的函数关系，再将正弦波通过整形电路转化为方波，最后三角波通过积分电路形成。也可以先产生方波或三角波，再将方波或三角波转化成正弦波。随着电子技术日益发展，新器材、新材料越发渐好，随着期间可选性的增加，函数信号发生器开发出更多的新款式，比如在技术上很可靠的产生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以选择多种多样的方案，原则上是可行的。 1 函数信号发生器设计任务 1.1 设计提议 产品开发、工业生产、科学研究等领域都的使用函数信号发生器，它常用的基本测试信号有锯齿波和正弦波、矩形波、三角波。常作为时基电路的锯齿波信号在示波器等仪器中利用荧光屏显示图像。例如，想要通过示波器荧光屏上观察到被测不失真地信号波形，通过产生锯齿波电压使的电子束在水平方向匀速搜出荧光屏。方波，三角波都有着不同的重要作用，而函数信号发生器是指一种能自发的产生方波、正弦波、三角波和锯齿波阶梯波等电压波形的仪器或电路。因此，提议设计一种能产生三角波、正弦波、方波的函数信号发生器。 1.2 方案论证与研究 函数信号发生器用途较多，其电路中使用的器件是分离器件的可以产生三种或多种波形的函数发生器；而产生正弦波、方波、三角波也有多种方案，是集成器件电路，如先产生正弦波，根据其周期性内部某种确定的函数关系，再将正弦波通过整形电路转化 1 四川师范大学成都学院通信原理课程设计为方波，最后三角波通过积分电路形成。也可以先产生方波或三角波，再将方波或三角波转化成正弦波。随着电子技术日益发展，新器材、新材料越发渐好，随着期间可选性的增加，函数信号发生器开发出更多的新款式，比如在技术上很可靠的产生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以选择多种多样的方案，原则上是可行的。 2 方案设计 2.1 项目指标 2.1.1 电源参数 ● 输入：双电源 +12V、-12v
课程设计 课程名称模拟电子技术基础课程设计题目名称波形发生电路_ 学生学院物理与光电工程学院 专业班级电子科学与技术（5）班 学号 学生姓名 指导教师 2013-12-10
一、题目： 波形发生电路 二、设计任务与技术指标 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生正弦波、方波和三 角波的波形发生器。 基本指标： 1、输出的各种波形基本不失真； 2、频率范围为50H Z ～20KH Z ，连续可调； 3、方波和正弦波的电压峰峰值V PP >10V ，三角波的V PP >20V 。 三、电路设计及其原理 1） 方案的提出 方案一 ①用RC 桥式振荡器产生正弦波。 ②正弦波经过一个过零比较器产生方波。 ③方波通过积分运算产生三角波。 方案二 ①由滞回比较器和积分运算构成方波和三角波发生电路。（如图1所示） ②再由低通滤波把三角波转成正弦波。 方案三 ①由滞回比较器和积分运算构成方波和三角波发生电路。（同方案二） ②利用折线法把三角波转换成正弦波。（如图2所示） 图1 图3 图2
2）方案的比较 方案一中以RC串并联网络为选频网络和正反馈网络、并引入电压串联负反馈，从而产生正弦波。为了稳定正弦波幅值，一般要在反馈电阻一边串联一对反向的并联二极管，但这样会使正弦波出现交越失真。R1/R2=2时，起振很慢； R1/R2>2时，正弦波会顶部失真。调试困难。还有，RC桥式振荡器对同轴电位器的精确度要求较高，否则，正弦波很容易失真。 方案二的低通滤波产生正弦波适宜在三角波频率固定或变化小时使用，而本次课程设计要求频率50Hz-20KHz，显然不适合。 方案三滞回比较器和积分比较器首尾相接形成正反馈闭环系统，这样就形成方波发生器和三角波发生器。滞回比较器输出的方波经积分产生三角波，三角波又触发比较器自动翻转成方波。 另外，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。虽然反馈网络中电阻的匹配困难，但可以通过理论计算出每个电阻阻值后再调试。这样可以省下很多功夫。 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。 3）单元电路设计 方波---三角波产生电路
信号发生器的设计与制作 系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰 摘要 本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，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测量使用。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。 关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法
ABSTRACT 5 The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve full Digital program-controlled frequency synthesizer. Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection
555构成的多种波形发生器电路(二) 555构成的多种波形发生器(一)
TL431高精度的恒流源电路
单电源同相输入式交流放大电路图 时间:2011-02-05 08:45来源:未知作者:电路图点击:12次 电源Vcc通过R1和R2分压，使运放同相输入端电位由于C隔直流，使RF引入直流全负反馈。所以，静态时运放输出端的电压V0=V-≈V+=+Vcc／2；C通交流，使RF引入交流部分负反馈，是电压串联负反馈。放大电路的电压增益为 放大电路的输入电阻Ri=R1／R2／rif≈R1／R2， 放大电路的输出电阻R0=r0f≈0。
负电压的产生电路图（非常好） 时间:2011-02-13 07:24来源:未知作者:电路图点击:97次 正电压的用处不用我说了，在电子电路中我们常常需要使用负的电压，比如说我们在使用运放的时候常常需要给他建立一个负的电压。下面就简单的以正5V电压到负电压5V为例说一下他的电路。 通常我需要使用负电压时一般会选择使用专用的负压产生芯片，但这些芯片都比较贵比如ICL7600,LT1054等等。哦差点忘了MC34063了这个芯片使用的最多了，关于34063的负压产生电路我这里不说了在datasheet中有的。下面请看我们在单片机电子电路中常用的两种负压产生电路。 现在的单片机有很多都带有了PWM输出，我们在使用单片机的时候PWM很多时候是没有用到的用他辅助产生负压是不错的选择。 上面的电路是一个最简单的负压产生电路了。他使用的原件是最少的了我们只需要给他提供1kHZ左右的方波就可以了，相当的简单。这里需要注意这个电路的代负载能力是很弱的，同时在加上负载后电压的降落也比较大。
一、设计题目 波形发生电路 二、设计任务和要求 要求：设计并制作用分立元件和集成运算放大器组成的能产生方波、三角波和正弦波的波形发生器。 指标：输出频率分别为：102H Z、103H Z和104Hz；输出电压峰峰值V PP≥20V 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。 （3）单元电路设计
《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。
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]。
微机原理课程设计 波形发生器 基本要求： （1）通过按键选择波形，波形选择（方波、三角波）。8255 A 和0832 （2）通过按键设定波形的频率，同时波形频率在数码管上显示。8255A （3）频率设定后，通过8253精确计时来设置波形宽度大小，比如方波的占空比。（4）8259A产生中断，用示波器显示输出波形。 附加要求： （1）通过按键可以增大或者降低频率； （2）显示正弦波。
目录 一理论部分 1.1 课程设计的目的 (2) 1.2 课程设计要求与内容 (2) 1.3 总体设计方案 (2) (1)设计思想及方案论证 (2) (2)总体设计方案框图 (3) 1.4 系统硬件设计 (4) 1.5 系统软件设计 (5) 二实践部分 2.1 系统硬件原理简介 (6) 2.2 程序调试 (9) 2.3 软件系统的使用说明 (9) 三课程设计结果分析 3.1 实验结果 (10) 3.2 结果分析 (11) 四课程设计总结 (11) 五附录 5.1源程序及说明 (12)
波形发生器 一 理论部分 1.1 课程设计的目的 （1）综合模拟电子线路、数字电子技术和微机原理等多门专业基础课程的知识，使学生对 以计算机为核心的通信、测量或控制系统有个全面了解和实践的过程。 （2）掌握常规芯片的使用方法、掌握简单微型计算机应用系统软硬的设计方法，进一步锻炼同学们在微型计算机应用方面的实际工作能力，强化本学科内容并扩展知识面。 （3）体验分析问题、提出解决方案、通过编程等手段实现解决方案、不断调试最终达到设计要求的全过程。 （4）培养学生的创造力和对专业的适应性。 1.2 课程设计的内容和要求 1、通过按键选择波形，波形选择（方波、三角波、正弦波）。8255 A 和0832 2、通过按键设定波形的频率，同时波形频率在数码管上显示。8255A 3、频率设定后，通过8253精确计时来设置波形宽度大小，比如方波的占空比。 4、8259A 产生中断，用示波器显示输出波形。 5、通过按键可以增大或者降低频率； 6、画出电路原理图，说明工作原理，编写程序及程序流程图。 1.3 总体设计方案 (1)设计思想及方案论证 由于要求达到模拟信号波形发生，因此要由D/A 转换芯片0832来来完成此项任务，由8253形成波形的主要做法是：先输出一个下限电平，将其保持t 然后输出一个稍高的电平，在保持t ，然后重复此过程，因此需要延长0832输入数据的时间间隔来改变频率。如图1信号发生波形图所示。0832输入的数据的延时可以通过软件完成，也可以通过硬件完成。由于实验要求输出的波的频率可以改变，且精确，所以选用硬件延时 硬件延时主要由计时器8253和中断控制器8259来实现。由8253输出的方波的高低电平，来触发8259的IR0端，8259给CPU 中断信号，CPU 中断来执行相应的中断子程序，中断子程序为向0832输出数据的程序，通过选择此程序可以产生锯齿波，方波，正弦波。由于0832产生的方波的频率可以控制，所以每次中断执行波形发生程序的时间间隔可以精确控制。以此来控制输出的波形频率。最后通过8255驱动LED 数码显示管，实现对输入的频率的显示，由键盘直接输入波形频率，通过LED 数码显示管显示。 +5V 0V 图1 信号发生波形图
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。
12 目录 1. 系统设计 1.1 设计要求 1.2方案设计与论证 1.2.1 信号发生电路方案论证 1.2.2 单片机的选择论证 1.2.3 显示方案论证 1.2.4 键盘方案论证 1.3 总体系统设计 1.4 硬件实现及单元电路设计 1.4.1 单片机最小系统的设计 1.4.2 波形产生模块设计 1.4.3 显示模块的设计 1.4.4 键盘模块的设计 1.5 软件设计流程 1.6源程序 2. 输出波形的种类与频率的测试 2.1 测试仪器及测试说明 2.2 测试结果 3. 设计心的及体会 4. 附录 4.1 参考文献 4.2 附图
1、系统设计 经过考虑，我们确定方案如下：利用AT89S52单片机采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，最终输出显示其各自的类型以及数值。 本系统利用单片机AT89S52采用程序设计方法产生锯齿波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器DAC0808将数字信号转换成模拟信号，滤波放大，最终由示波器显示出来，能产1Hz—3kHz的波形。通过键盘来控制三种波形的类型选择、频率变化，并通过液晶屏1602显示其各自的类型以及数值，系统大致包括信号发生部分、数/模转换部分以及液晶显示部分三部分，其中尤其对数/模转换部分和波形产生和变化部分进行详细论述。 1.1、设计要求 1)、利用单片机采用软件设计方法产生三种波形 2）、三种波形可通过键盘选择 3）、波形频率可调 4）、需显示波形的种类及 1.1 课题的来源与技术背景 不论是在生产还是在科研与教学上，信号发生器都是电子工程师仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信
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。
苏州科技学院 毕业设计开题报告 设计题目任意信号发生器的硬件设计（基于89C51实现）院系电子与信息工程学院 专业电子信息工程 班级电子0911 学生姓名XXXXXXX 学号 设计地点 指导教师 2013 年3月31 日
设计题目：任意信号发生器的硬件设计（基于89C51实现）课题目的、意义及相关研究动态： 一、课题目的： 信号发生器是一种能产生模拟电压波形的设备，这些波形能够校验电子电路的设计。信号发生器广泛用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域,它是一种可以产生正弦波，方波，三角波等函数波形的一起，其频率范围约为几毫赫到几十兆赫，在工业生产和科研中利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能鉴定，在多数电路传递网络中，电容与电感组合电路，电容与电阻组合电路及信号调制器的频率，相位的检测中都可以得到广泛的应用。因此，研究信号发生器也是一个很重要的发展方向。 常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，但这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而本课题设计的函数信号发生器，由单片机构成具有结构简单，价格便宜等特点将成为数字量信号发生器的发展趋势。 本课题采用的是以89c51为核心，结合 DAC0832实现程控一般波形的低频信号输出，他的一些主要技术特性基本瞒住一般使用的需要，并且它具有功能丰富，性能稳定，价格便宜，操作方便等特点，具有一定的推广作用。 二、课题意义： （1）任意信号发生器主要在实验中用于信号源，是电子电路等各种实验必不可少的实验设备之一，掌握任意信号发生器的工作原理至关重要。 （2）任意信号发生器能产生某些特定的周期性时间任意波形（正波、方波、三角波）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫任意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。 （3）本课题主要研究开发一个基于51单片机的实验用任意信号发生器，不但成本较低而精度较高，最重要的是开发简单易于调试，具有一定社会价值和经济价值。 （4）任意信号发生器作为一种常见的电子仪器设备，既能够构成独立的信号源，也可以是高新能的网络分析仪，频谱仪以及自动测试装备的组成部分，任意信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它是能够提高质量的精密信号源及扫描源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并且提高检测精度。