音频函数发生器设计
作者：鹿群娟 学号：200401594
长江大学电子信息学院
摘要:
本系统可心产生20~20KHz 的音频信号，利用ICL8038作为信号发生器，以分立数字器件为主要器件搭建的计数器式频率测量平台。系统可独立输出三种波形：方波、三角波、正弦波，信号幅值为范围0~20V P-P ；具有输出过载保护功能，当I O > 400 mA (P-P)时，输出自动限流停止输出；右4位数字显示输出信号频率，具有量程自动转换，小数点自动定位，单位指示灯自动显示功能。
关键字：音频信号，信号发生器，频率测量
一 方案设计：
1、 整体设计
整体电路大体上可分为三个部分：⑴ 音频信号的产生 ⑵ 频率的测量 ⑶ 功率的放
大。可用图1来说明
2、 信号发生部分的设计
此部分由集成芯片ICL8038来完成。ICL8038是集成模拟信号发生器，可产生0.001Hz ～300kHz 的正弦、方波、三角波信号，并且可以通过调节4和5脚的电阻来改变产生信号的占空比。既可过改变RC 时间常数来实现，也可发通过压控方式来实现。
由ICL8038构成的信号发生器外
图3 ICL8038
的引脚
图1 整体设计电路框图
围电路简单，调节简单，且波形好。
3、 频率测量部分的设计
用数字测量法测量一定时间内的脉冲数。测量1s 内的脉冲数，即为频率。若用4位显示，则最大可显示9999Hz ，误差为 f /1±。
若做相应更改，如加上自动量程转换则可测量更高的频率。这种方法测量思路简单，精确度也较高。
二 设计基本原理：
1、 信号发生部分的设计
ICL8038的引脚图如图3示。其中，1和12脚用来调节正弦波的形状；2为正弦波输出；3为方波输
出；4和5接电阻用来调节点空
比及与10脚接的电容来调节频率；6脚接正电源；7为波形基准输出电压，接8脚时输出为固定频率；8脚为压控输入端，输入的电压可控制输出的频率；9为方波输出；11脚接负电源或接地。用ICL8038构成的信号发生器，可输出V P-P =V ++V - 的方波信号和V P-P =(V ++V -)/2的正弦波和三角波信号。
使用ICL8038来构成信号发生器，可以用改变RC 时间常数的方法，也可以用压控的方法。用改变RC 时间常数的方法的电路原理图如图4所示。当R A =R B 时，占空比为1:1，频率RC
f 33
.0=
。若分三个频段控制:①20Hz ~200Hz 、② 200Hz ~2KHz 、③2KHz ~20KHz ，则右选用三个不同阻值的固定电容来选择频段，R A 和R B 可选用变阻器来在每个频段连续调节频率。但这样存在一个问题：要使占空比为1:1，则要使R A 和R B 的变化量相同，这不容易实现。
使用压控方式的原理图如图5所示。其中15M 的变阻器是用来调整波形质量的，1K 的变阻器用来微调由于两
图4 改变RC 时间常数改变频率
图5 用压控频率的电路原理图
图6 信号输出放大
个4.7K 的电阻阻值不同造成的占空比不同，10K 的变阻器用来调节8脚的电压从而控制输出频率，0.1uF 的电容用来消除外界干扰对频率造成的不稳定。这样构成的电路只需调整一个变阻器，就可以改变输出频率，没有改变RC 时间常数的不便。为了使频率调节更方便，也可以分多个频段，通过改变10脚的电容来选择频段。
由于要求输出信号幅值范围： V P-P =0~20V ，而此电路输出的三角波和正弦波最大幅值为10V ，故还需要对其幅度进行放大。考虑到方波放大理论值即使超过放大器电压也不会造成失真，故放大电路放到输出线路，即三选一输出的总线上。这样便完成了信号发生部分的设计。将ICL8038的2,3,9脚分别接入图6中的1,2,3即可，信号从V O 输出，然后卷入功率放大电路最终输出即可。
2、 频率测量电路的设计
频率测量采用的是数字法测量。这种方法是对单位时间内的脉冲计数得到的。大致原理可用图7所示框图来表示
时基信号若采用1S ，时计数器所得结果即为被测信号的频率。时基信号可使用555构
成的多谐振荡器来完成。其电路如图8所示。若使t pH =1S ，t pL =0.2S ，则应有0.7R 1C 1=0.2S ， 0.7R 2C 1=1S ，取C 1=10uF ，则可得R 1=107K Ω ，R 2=35.7K Ω。R 1取68K 电阻和47K 滑动变阻器串联，R 2取36K ，其电路原理图如图9所示，3脚为时间控制信号输出。理论上，这部分产生的1S 信号的误差小于0.1% 。
另外，时期信号也可以用晶振产生。若使用32768则经过分频后，可得到精确的1S 的时基信号。电路如图10所示，D 触发器的5脚输出即为1S 的时基信号。
由于晶振产生的信号中高低电平时间是相等的，也就是说时基信号为1S 时，测量周期为2S ，测量速度慢；而用上面555的设计方法，测量周期为1.2S ，较用晶振明显加快，故在设
计中选用的是由555构成的时基产生电路。
门控制电路采用一个二输入与门即可实现，比较简单。计数电路用4位10进制计数
器来做，最高可测量9999Hz 的频率。译码显示电路用BCD 译码器74LS48和7段数码显示管来做，可以简单地实现高位动态灭零的功能。
图9 由555构成的时基信号发生器
图8 由555构成的多谐振荡器 时基信号
被测信号
门控制电路
计数电路
译码显示电路
图7 频率计电路原理框图
设计的难点在于，在计数期间，显示的结果是不能随计数过程中计数器的状态变化。为实现这一点，有必要在计数器与译码器之间加入锁存器。在时基信号结束后的0.2S内依次进行以下操作：①对计数器的数据进行锁存，②对计数器清零以备下一周期的测量。在这里要求对锁存器的锁存提前于对计数器的清零，若锁存器使用8D型锁存器74LS273，则对各信号有如图11的要求
图11 锁存器与计数器清零信号的时序关系
图中在锁存时序的下降沿，触发清零时序。要得到图示的时序关系，则可采用单稳态触发器74LS123产生。它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。在如图12所示的图中，其
图12 由74LS123构成的单稳电路
t W=0.45RC。由于74LS123为可重触发的，故两个tW之和要小于时基信号的低电平时间。取tW＝0.02S，若取R=100k，则C=4.4uF。取电容标称4.7uF。
另外，被测信号的幅值不同，可能不是数字电路可以接受的范围，故在被测信号与门控制电路间还要有整形电路。至此，可得到测量完整框图如图13所示。
图13 频率测量的原理框图由此可设计出其原理图如图14所示
但是，这个电路只能测量最大频率9999Hz ，而信号发生器产生的频率范围为20Hz~20kHz 。这就要扩展频率计测量频率的范围。可加入一些控制电路，使基具有量程转换功能。原理上可使用一个10分频电路和一个测量选择电路，当频率超过9999kHz 时，则先对被信号进行分频，再卷入上面的频率计；当频率再降低时，则返回原量程。这里可用数据选择器对选通信号进行选择，用最高位的进位信号来判断是否超过量程，从而控制量程是否需要转换。加入量程转换后的电路原理图可用图15来说明。
图14 频率测量的原理图
当频率计的千位计数满，产生进位量，千位的Q 3产生一个负跳变，加到计数器74LS92的计数输入端，使其Q 1产生一个正跳变，使触发器1（U15:A ）输出1，在下一个时基信号的有效期，触发器1的状态又在清零信号的作用下重置为0，从而产生了一个负跳变使计数器（U16）加1，同时触发器2（U15:B ）也在触发器1的反相输出端的作用下输出为1。此时，计数器U16的清零仅由千位译码器的RBO 决定，当千位无计数时，则RBO 输出为0，通
图15 扩展的频率测量的原理图
过一反相器，对计数器U16清零，从而降低了量程。这样便实现了量程的自动转换。
整形电路可由晶体管和与非门组成。其中晶体管用来放大信号，与非门构成施密特触发器，对波形进行整形，使之成为标准的矩形脉冲。整形电路如图16所示。
至此，频率测量部分已设计完毕。
3、 功率放大及限流电路的设计
功率放大可使用双源甲乙类互补放大，可使输出效率提高，并且输出的幅度也提高。互补对管采用功率管TIP41和TIP42，其最大输出电流可达3A 。要求输出大于400mA 时对其限流，其限流电路用图中的Q 1和Q 6及采样电阻R 3和R 5来完成。当电流增大时，R 上的电压升高，升高到0.7V 左右时，使Q 1和Q 6导通限制了输出。
功率放大限流的原理图如图17所示。
4、 整体电路评论
在电路的三个部分中，信号发生部分和功率放大部分为模拟电路，
频率测量部分为数字
图17 功率放大及限流电路
图16 波形整形电路
电路。一般说来，在模拟与数字电路的相接处要予以注意，因为两部分的电压一般来说是不同的，要存在电压转换的问题。如这里测量频率的部分，加入波形整形电路就是为了匹配两部分的电压。
三设备及元件选择
1、实验所用元器件
由上述原理分析可知，各部分所需元件如下：
⑴信号发生部分的元件如下表
⑶功率放大及限流部分元件如下表
2、
四装配与调试
1、电路的装配
电路的布局对连线有很大的影响，好的布局可以使连线方便，走线美观。装配时也可分三个部分来完成，各个部分用简单的几条线就可以关联起来。这样只需将每个部分调试出来之后，联调就会比较快了。
2、电路的调试
⑴信号发生部分：ICL8038看起来使用挺简单，但是如果调节不好，波形质量很差，
尤其是正弦波的失真会非常明显。按照上面的原理图接出来的电路很难调整，还需
在1脚加入调节电阻，才会得到比较好的疲形效果。
⑵频率测量部分：由于仿真过程中已排除原理上的问题，现在调试的主要问题是布线
过程中的一些错误，调试也就是借助各种工具排除错误的过程了。
⑶整体电路调试：当把信号发生器产生的方波信号加入频率计后，就会显示出当前的
频率。调试频率计时频率计显示频率和信号发生器的产生频率指示是相符的。
参考文献
1、康华光主编电子技术基础-模拟部分（第四版）高等教育出版社
2、康华光主编电子技术基础-数字部分（第五版）高等教育出版社
3、谢自美主编电子线路设计·实验·测试（第二版）华中科技大学出版社
4、https://www.doczj.com/doc/e713027459.html,
口器件与电路 酽囿盯,龟岛囿响四@60,@凹滁 便携式双声道音频信号发生器的制作.产品设计. 齐忠琪 (新疆师范大学教育科学学院。新疆鸟鲁木齐830053 【摘要】音频信号发生器是测量声音信号处理设备性能指标必不可少的仪器,早期音频信号发生器由基本的Lc 振荡电路及外围电路所组成。目前常用的音频信号发生器普遍使用单片机及外围电路所组成。介绍了用多媒体计算机和便携式多媒体播放器制作双声道音频信号发生器的方法。用此方法制作双声道音频信号发生器具有制作方法简单、成本低、携带方便等优点。 【关键词】音频信号发生;双声道;多媒体计算机 【中图分类号】TP37【文献标识码】A Production of Portable Double Channel Audio Signal Generator Qt Zhongqi (College of Education Science,Xinjiang Normal University,Urumqi 830053,China 【Abstract]Audio signal generator is essential equipment to measure the sound signal and deals with equipment performance.Early audio signal generator consists of the basic LC oscillator circuit and external circuit.The audio signal generator currently widely uses microcontroller and external circuit.Equipment has a certain size and weight,certain funds for equipment needs.the method of multimedia computers and portable media players how tO make double-channel audio signal generator are described.This method is simple,low cost and easy to carry?
函数发生器的设计
目录 一、设计任务与要求 二、方案与论证 1.正弦波产生电路： 1. 1RC桥式正弦波振荡电路： 2.正弦波变换为方波的电路： 2.1 电压比较器电路： 3.方波变换为三角波的电路： 3.1 积分运算电路： 三、仿真 四、元器件清单 五、调式与性能分析：
一、 设计任务与要求: 掌握方波——三角波——正弦波函数发生器的设计方法与测试技术。了解集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的函数发生器的工作原理与设计方法。学会安装与调试由分离器件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 设计并制作一个简易函数发生器，要求如下： 1. 输出波形：正弦波、方波、三角波等 2. 频率范围：1Hz~10Hz, 10Hz~100Hz 3. 输出电压：方波Vp-p<=24V , 三角波Vp-p<=8V , 正弦波Vp-p>1V . 二、方案与论证 方案总体分为三部分，先设计一个正弦波发生电路，再将正弦波信号经迟滞比较器转化为方波，再将方波经积分运算转变为三角波。 正弦波 方波 三角波 1. 正弦波产生电路： RC 桥式振荡电路原理图如下： RC 桥式振荡电路 迟滞比较器 积分电路
3 2 6 7 415 U1 UA741 C C R R RF R1 0R1 由选频网络和放大电路两部分组成。选频网络兼作放大电路的正反馈，反馈系数Fv = Vf / V o ，当f =1 / (2πRC) 时，幅频响应的幅值为最大Fmax = 1/3 ，相频响应的相位角为零。也就是说，只有当f =1 / (2πRC) 时，输出电压的幅值最大，为输入电压的1/3，且输出电压与输入电压同相。 噪声中有f =1 / (2πRC) 这个频率，直流电源提供能源，选频网络的正反馈使输出频率越来越大，最后受电路中非线性元件的限制，振荡幅度自动稳定下来。适当调整负反馈的强弱，使Av
函数信号发生器的设 计与制作 目录 一.设计任务概述 二.方案论证与比较 三.系统工作原理与分析 四.函数信号发生器各组成部分的工作原理 五.元器件清单 六．总结 七.参考文献
函数信号发生器的设计与制 一．设计任务概述 （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； 二、方案论证与比较 2.1·系统功能分析 本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案： 2.2·方案论证 方案一∶采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 方案二∶采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率相信都很难控制。 方案三：采用8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz～300K 方案四：采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器，并确定了各元件的参数，通过调整和模拟输出，该电路可产生频率低于1-10Hz的3种信号输出，具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。 三、系统工作原理与分析 采用由集成运算放大器与场效应管共同组成的方波—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，最后通过场效应管正弦波转换电路形成正弦波，波形转换原理图如下：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e713027459.html, 基于51单片机的函数信号发生器的设计 作者：朱兆旭 来源：《数字技术与应用》2017年第02期 摘要：本文所设计的系统是采用AT89C51单片机和D/A转换器件DAC0832产生所需不 同信号的低频信号源，AT89C51 单片机作为主体，采用D/A转换电路、运放电路、按键和LCD液晶显示电路等，按下按键控制生成方波、三角波、正弦波，同时用LCD显示相应的波形，输出波形的周期可以用程序改变，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。 关键词：51单片机；模数转换器；信号发生器 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0011-01 1 前言 波形发生器，是一种作为测试用的信号源，是当下很多电子设计要用到的仪器。现如今是科学技术和设备高速智能化发展的科技信息社会，集成电路发展迅猛，集成电路能简单地生成各式各样的波形发生器，将其他信号波形发生器于用集成电路实现的信号波形发生器进行对比，波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，集成电路实现的信号波形发生器都胜过一筹，随着单片机应用技术的不断成长和完善，导致传统控制与检测技术更加快捷方便。 2 系统设计思路 文章基于单片机信号发生器设计，产生正弦波、方波、三角波，连接示波器，将生成的波形显示在示波器上。按照对作品的设计研究，编写程序，来实现各种波形的频率和幅值数值与要求相匹配，然后把该程序导入到程序存储器里面。 当程序运行时，一旦收到外界发出的指令，要求设备输出相应的波形时，设备会调用对应波形发生程序以及中断服务子程序，D/A转换器和运放器随之处理信号，然后设备的端口输出该信号。其中，KEY0为复位键，KEY1的作用是选择频率的步进值，KEY2的作用是增加频 率或增加频率的步进值，KEY3的作用是减小频率或减小频率的步进值，KEY4的作用是选择三种波形。103为可调电阻，用于幅值的调节。自锁开关起到电源开关的作用。启动电源，程序运行的时候，选择正弦波，红色LED灯亮起；选择方波，黄色LED灯亮起；选择三角波，绿色LED灯亮起。函数信号发生器频率最高可达到100Hz，最低可达到10Hz，步进值0.1- 10Hz，幅值最高可到3.5V。系统框图如图1所示。 3 软件设计
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。
长沙学院课程设计说明书 题目音乐播放器的设计 系(部) 电子与通信工程 专业(班级) 电气工程及其自动化（一班） 姓名 学号 指导教师 起止日期 2010-11-29至2010-12-10
EDA技术课程设计任务书 系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：
长沙学院课程设计鉴定表 目录
摘要 (4) 设计原理 (5) 程序： (6) 实验现象： (14) 引脚分配： (14) 仿真波形： (15) 心得体会： (16) 参考文献： (16) 摘要：
在SOPC开发平台上实现一个音频信号发生器，编写3段音乐，利用开发平台的蜂鸣器来播放几段音乐。可进行自动循环播放和手动播放两个模式的选择。如果为手动播放，则通过拨动拨码开关第1、2位选择。播放音乐时，要求将该音乐的序号(分别为A1、A2，A3)以及该音乐播放剩余的时间(分、秒)显示在数码管上。当某首音乐开始播放时，音乐序号闪烁显示3秒钟。 关键字： SOPC、音频信号、音乐、蜂鸣器、自动循环、手动播放、剩余时间（分钟、秒钟）显示、音乐序号（A1、A2、A3）显示。 设计原理： 首先采用分块设计法，将设计分为分频模块、时间动态扫描显示模块、音乐播放模块、顶层模块。其中音乐播放模块又可分为音频模块、音乐代码模块，预置数模块利用计数的方式将50MHZ的频率分为12MHz、100Hz、8Hz、1Hz。 音乐播放模块需要完成以下设计： ①预置乐曲，本次设计选取了《梁祝》的一段作预置，在作预置时，需要将乐曲音符转换成相应的代码，通过计算逐一将音符转换成代码，通过EDA开发平台quartus Ⅱ进行乐曲定制； ②为了提供乐曲发音所需要的发音频率，编写数控分频器程序，对单一输入高频，进行预置数分频，生成每个音符发音的相应频率； ③为了给分频提供预置数，需要计算分频预置数； 对每部分结构单元逐一进行编译，生成相应的元器件符号，并对独立结构单元功能进行仿真。 音调的控制 频率的高低决定了音调的高低。综合考虑各因素，本次设计中选取12MHZ作为CLK的分频计数器的输入分频信号。由于乐曲都是由一连串的音符组成，因此按照乐曲的乐谱依次输出这些音符相对应的频率，就可以在蜂鸣器上连续地发出各个音符的音调。 表1 简谱中的音名与频率的关系 这次设计中所演奏的乐曲的最短的音符为四分音符，如果将全音符的持续时间设为1s 的话，那么一拍所应该持续的时间为0.25秒，则只需要再提供一个4Hz的时钟频率即可产生四分音符的时长。系统工作时就按4Hz的频率依次读取简谱，当系统读到某个音符的简谱时就对应发这个音符的音调，持续时间为0.25秒.如果在曲谱文件中某个音符为三拍音长，只要将该音符连续书写三遍，系统读乐曲文件的时候就会连续读到三次，也就会发三个0.25秒的音长，这时我们听上去就会持续了三拍的时间，这样就可以控制音乐的音长了
课程设计 课程名称模拟电子技术基础课程设计题目函数发生器 学院 专业 班级 姓名 指导教师 2015 年01 月20 日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 函数发生器的设计和仿真实现 初始条件： 具备模拟电子电路的理论知识； 具备模拟电路基本电路的设计能力； 具备模拟电路的基本调试手段； 自选相关电子器件。 要求完成的主要任务: （1）设计任务 根据要求，完成对方波－三角波－正弦波发生器的仿真设计、仿真、装配与调试，并自制直流稳压电源 （2）设计要求 ①正弦波Upp≈3V，幅度连续可调；三角波Upp≈5V，幅度连续可调；方波Upp≈14V，幅度连续可调。 频率范围：三段：10~100Hz，100 Hz~1KHz，1 KHz~10 KHz； 频率控制方式：改变RC时间常数； 正弦波输出电量：电流； ②选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。 ③利用Proteus或Multisim仿真设计电路原理图，确定电路元件参数、掌握电路工作原理并仿真实现系统功能。 ④安装调试并按规范要求格式完成课程设计报告书。 ⑤选做：利用仿真软件的PCB设计功能进行PCB设计。 时间安排： 1、 2015 年 1月13日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明,查阅相关资料，学习电路的工作原理。。 2、 2015 年 1月14日至2015年1月16日，方案选择和电路设计。 3、 2015 年 1月 17日至2015年1月18日，电路调试和设计说明书撰写。 4、 2015 年 1月 20日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
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 -
扫频仪BT3C 一、概述 BT3C 型频率特性测试仪是利用示波管直接显示被测设备的频率响应曲线的仪器，本仪器为BT3型频率特性测试仪系列产品，由于采用晶体管，集成电路，因此本仪器与BT3型相比较则具有功耗，尺寸小，重量轻，输出电压高，寄生调幅小，扫频非线性系统数小，衰减器精度高，频谱纯度好，不分波段扫频，显示灵敏度高等特点。 用它可测定无线电设备（如宽带放大器、雷达接收机的中频放大器、高频放大器、电视机的共公通道、伴音通道、视频通道以及滤波器等有源和无源器四端网络）的频率特性。 1、配用TB4-75型驻波电桥，可以测量器件的驻波特性， 2、配用3890型扫频测试对数放大器可以测量器件的阻带特性，特别适用于电视机用声表面波滤波器的生产与测试。 为了给使用者提供方便。本仪器还具有三项输出功能： a、仪器可以输出+12V（0.5A)直流电压,供测试过程中使用。 b、仪器可以输出0—+6V可调的AGC电压，供电视机高须调谐器测试用。 c、仪器可以输出稳幅的点频信号，亦可作为一般信号发生器使用。 二、技术参数： 1、中心频率可在1—300MHz内连续调节。 2、最小扫频频偏小于±0.5MHz,最大扫频频偏大于±15MHz。 3、扫频频偏在±15MHz以内，输出扫频信号寄生调幅系数不大于7%。 4、扫频频偏在±15MHz以内，输出扫频信号的调频非线性系数不大于10%。 5、输出扫频信号电压大于0.5V(有效值)。 6、频率标记信号为1MHz，10MHz，50MHz，及外接四种，1MHz 和10MHz组合显示，其余二种分别显示。 7、扫频信号输出阻抗为75Ω。 8、扫频信号的输出衰减器有两种：10dB×7 1dB×10步进。 精度：粗衰减±（0.2+0.03A)dB(A为衰减值）
实验1 函数信号发生器的设计与实现 姓名：_ _____ 学号： 班内序号：____ 课题名称：函数信号发生器的设计 摘要：采用运算放大器组成的积分电路产生比较理想的方波-三角波，根 据所需振荡频率和对方波前后沿陡度、方波和三角波幅度的要求，选择运放、稳压管、限流电阻和电容。三角波-正弦波转换电路利用差分放大器传输特性曲线的非线性实现，选取合适的滑动变阻器来调节三角波的幅度和电路的对称性，同时利用隔直电容、滤波电容来改善输出正弦波的波形。 关键词：方波三角波正弦波 一、设计任务要求 1．基本要求：
设计制作一个函数信号发生器电路，该电路能够输出频率可调的正弦波、三角波和方波信号。 (1) 输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真。 (2) 方波输出电压Uopp=12V（误差小于20%），上升、下降沿小于10us。 (3) 三角波Uopp=8V（误差小于20%）。 (4) 正弦波Uopp1V，无明显失真。 2.提高要求： (1) 输出方波占空比可调范围30%-70%。 (2) 自拟（三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V内连续可调）。 二、设计思路和总体结构框图 总体结构框图： 设计思路： 由运放构成的比较器和反相积分器组成方波-三角波发生电路，三角波输入差分放大电路，利用其传输特性曲线的非线性实现三角波-正弦波的转换，从而电路可在三个输出端分别输出方波、三角波和正弦波，达到信号发生器实验的基本要求。 将输出端与地之间接入大阻值电位器，电位器的抽头处作为新的输出端，实现输出信号幅度的连续调节。利用二极管的单向导通性，将方波-三角波中间的电阻改为两个反向二极管一端相连，另一端接入电位器，抽头处输出的结构，实现占空比连续可调，达到信号发生器实验的提高要求。 三、分块电路和总体电路的设计过程 1.方波-三角波产生电路 电路图：
目录 1设计的目的及任务 1.1 课程设计的目的 1.2 课程设计的任务与要求 2函数信号发生器的总方案及原理图 2.1 电路设计原理框图 2.2 电路设计方案设计 3 各部分电路设计及选择 3.1 方波发生电路的工作原理 3.2 方波、三角波发生电路的选择 3.3三角波---正弦波转换电路的选择 3.4总电路图 4 电路仿真与调试 4.1 方波---三角波发生电路、三角波---正弦波转换电路的仿真与调试 4.2方波---三角波发生电路、三角波---正弦波转换电路的实验结果 5 PCB制版 6 设计总结 7仪器仪表明细清单 8 参考文献
1．课程设计的目的和设计的任务 1.1 设计目的 1．掌握用集成运算放大器构成正弦波、方波和三角波函数发生器的设计方法。 2.学会安装、调试与仿真由分立器件、调试与仿真由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 2.2设计任务与要求： 设计一台波形信号发生器，具体要求如下： 1．输出波形：方波、三角波、正弦波。 2．频率范围：在1 Hz－10Hz，10 Hz -100 Hz,100 Hz -1000 Hz等三个波段。 3.频率控制方式：通过改变RC时间常数手控信号频率。 4．输出电压：方波U Ｐ－Ｐ≤24V，三角波U Ｐ－Ｐ ＝8V，正弦波U Ｐ－Ｐ >1V。 5.合理的设计硬件电路，说明工作原理及设计过程，画出相关的电路原理图。 6.选用常用的电器元件（说明电器元件选择过程和依据）。 7.画出设计的原理电路图，作出电路的仿真。 8.提交课程设计报告书一份，A3图纸两张，完成相应答辩。
2．函数发生器总方案及原理框图 图1-1 整体原理框图 2.2 函数发生器的总方案 函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，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；也可以首先产生三角波—方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波—三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。 本课题中函数发生器电路组成框图如下所示： 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的基本结构是比例放大器，对不同区段内比例系数的切换，是通过二级管网络来实现的。如输出信号的正半周内由D1~D3控制切换，负半周由D4~D6控制切换。电阻Rb1~Rb3与Ra1~Ra3分别组成分压器，控制着各二极管的动作电平。
信号发生器实验报告
一、 信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、 遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。采用集成运放和分立元件相结合的方式，利用迟滞比较器电路产生方波信号，以及充分利用差分电路进行电路转换，从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。通过对电路分析，确定了元器件的参数，并利用protuse 软件仿真电路的理想输出结果，克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题，使得设计的低频信号发生器结构简单，实现方便。该设计可产生低于10 Hz 的各波形输出，并已应用于实验操作。 信号发生器一般指能自动产生正弦波、方波、三角波电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。这里，采用分立元件设计出能够产生3种常用实验波形的信号发生器，并确定了各元件的参数，通过调整和模拟输出，该电路可产生频率低于10 Hz 的3种信号输出，具有原理简单、结构清晰、费用低廉的优点。该电路已经用于实际电路的实验操作。 原理框架图： 二、电源硬件电路图的设计 （1）单片机的选择 根据初步设计方案的分析，设计这样的一个简单的应用系统，可以选择带有EPROM 的单片机，应用程序直接存贮在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化。ATMEL 公司生产的AT89C 系列单片机，AT89C 系列与C51系列的单片机相比有两大优势：第一，片内程序存储器采用闪存存储器，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路的体积更小。它以较小的体积、良好
的性能价格备受亲密。在家电产品、工业控制、计算机产品、医疗器械、汽车工业等应用方面成为用户降低成本的首选器件。
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]。
信号发生器 一、简介 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、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 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。在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。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。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。 二、结构 1、内部带有扫频输出功能（全频段扫频时间小于5秒） 是指低频信号发生器具有从低频开始到高频（或反之）自动变化的功能即完成100Hz——20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程，而这一次过程的时间为5秒。 2、带有外部扫频控制输入接口（控制信号为电压0-5V，控制电流小于1mA）
基于LabVIEW的音频信号发生器的虚拟仪器设计 摘要：随着计算机与微电子技术的发展，出现了虚拟仪器。它以软件为核心，把计算机技术和仪器技术完美结合起来，充分应运飞速发展的计算机技术来实现和增强传统仪器的功能。虚拟仪器开创了仪器使用者可以成为设计者的新时代，代表了仪器发展的方向，它已成为21世纪测试技术和仪器技术发展的主要方向。本设计正是顺应仪器发展的趋势，利用图形化编程软件LabVIEW来实现虚拟音频信号发生器，真正做到“软件即硬件”。在硬件上还提出以PC声卡代替昂贵商用数据采集卡，大大降低了生产成本，实现了基于LabVIEW的常用周期信号的单通道和双通道模拟输出，使设计具有广阔的开发价值和应用前景。论文在简要介绍了虚拟仪器概念、研究现状、发展趋势以及编程软件LabVIEW特点的基础上，概述了音频信号发生器的基本原理,分析了声卡的功能及相关设置，并对构成系统的各模块做了详细叙述。 关键词:虚拟仪器；音频信号发生器；LabVIEW；声卡
Virtual Audio Signal Generator Based on LabVIEW Abstract: With the development of computer and microelectronics technology, virtual instruments appear. Virtual instruments achieve the perfect combination of computer science technology and instrument technology through taking the software as the core technology. Virtual instruments realize and enhance the functions of traditional instruments by developing computer technology .Virtual instruments initiate the new era that the instrument users can be the instrument designers. Virtual instruments represent the direction of instruments and it has become the main direction of technological development in the 21st century testing technology and instruments. This design used graphical programming software LabVIEW to design virtual audio signal generator, exactly adjusting the trend of the instrument development, and truly achieve "software that is hardware". In order to reduce production costs and implement single - channel and dual - channel output of common analog periodic signals based on LabVIEW, the design also bring forward to replace the expensive commercial data acquisition card with PC sound card. It has broad application and development prospect. Based on brief introduction of virtual instruments concept, present conditions ,developing trends and characteristics of programming software LabVIEW ,the basic principles of audio signal generator are outlined , the function and relative configurations of sound card are analyzed, and details of each system composing module is presented. Key words: virtual instrument; audio signal generator; LabVIEW; sound card
计算机与信息学院 电子信息工程系综合课程设计报告 专业班级 电子信息工程11-2班 学生姓名及学号 陈雪莹20112661 指导教师 方静 课题名称 函数信号发生器 2013~2014 学年第三学期
函数信号发生器的设计与实现 一．课题的基本描述 在科学研究和实际工业测量控制系统开发过程中，方波、三角波和正弦波等是常用的基本测试信号，函数信号发生器就是用来产生、模拟这些真实信号源的通用电子设备。本课题要求设计一种以单片机为控制器的简易函数信号发生器，包含：主控电路、D/A转换电路、按键和波形选择电路以及显示输出电路，可以输出正弦波、三角波和方波三种信号，输出信号的频率可用按键进行增、减调整，并在LCD（12864）实时显示输出波形。 二．设计的基本要求 1. 正弦波、三角波频率调节范围：0.1-50HZ 输出幅值：1.0-1.5V 方波频率调节范围：1Hz-1KHz 输出幅值：5V 2.通过按键选择输出信号类型，幅值、频率等相关指标； 3. 具有显示输出波形的频率和幅度的功能。 三．技术方案及关键问题 （1）.总体方案： 数字信号可以通过数/模转换器转换成模拟信号，因此可通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获得所需要的波形。89C51单片机本身就是一个完整的微型计算机，具有组成微型计算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等，只要将89C51再配置按键、数模转换及波形输出等部分，即可构成所需的函数信号发生器。因此本系统利用单片机AT89C51采用程序设计方法产生三角波、正弦波、矩形波三种波形，再通过D/A转换器PCF8591T将数字信号转换成模拟信号，最终由液晶屏12864显示出来。通过按键来控制三种波形的类型选择、频率和幅度的变化，并通过数码管显示其各自的类型，液晶屏显示幅度和频率的大小。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。
第六章频率特性测试仪及其应用 早期频率特性的测量用逐点测绘的方法来实现。在整个测量过程中，应保持输入到被测网络信号的幅度不变，记录不同频率下相应输出的电压，根据所得到的数据，就可以在坐标纸上描绘出该网络的幅频特性曲线。显然，这种方法不仅操作繁锁、费时，而且有可能因测量频率间隔不够密而漏掉被测曲线上的某些细节，使得到的曲线不够精确。 扫频测量法是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用示波器来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续变化的，在示波器屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。 扫频信号发生器 扫描电压 发生器 （扫描信号）通用电子 示波器 被测电路峰值 检波器 （扫频X Y 信号） 图6-1 扫频法测量电路的幅频特性 扫频测量法的仪器连接如图6-1所示。扫描电压发生器一方面为示波器X轴提供扫描信号，一方面又用来控制等幅振荡的频率，使其产生按扫描规律频率从低到高周期性重复变化的扫频信号输出。扫频信号加至被测电路，其输出电压由峰值检波器检波，以反映输出电压随频率变化的规律。 扫频法利用扫描电压连续自动地改变频率，利用示波器直观地显示幅度随频率的变化，与点频测量法相比较，由于扫频信号频率是连续变化的，不存在测试频率的间断点，因此不会漏掉突变点，且能够观察到电路存在的各种冲激变化，如脉冲干扰等。调试电路过程中，可以一边调整电路元件，一边观察显示的曲线，随时判明元件变化对幅频特性产生的影响，迅速查找电路存在的故障。 扫频仪又称频率特性图示仪，这是将扫频信号源及示波器的X-Y显示功能结合为一体，并增加了某些附属电路而构成的一种通用电子仪器，用于测量网络的幅频特性。 一、扫频仪的基本工作原理 扫频仪的原理方框图如图6-2所示。 扫描电压发生器产生的扫描电压既加至X轴，又加至扫频信号发生器，使扫频信号的频率变化规律与扫描电压一致，从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的确定关系。扫描信号的波形可以是锯齿波，也可以是正弦波，因为光点的水平偏移与加至X 轴的电压成正比，即光点的偏移位置与X轴上所加电压有确定的对应关系，而扫描电压与扫频信号的输出瞬时频率又有一一对应关系，故X轴相应地成为频率坐标轴。
题目：函数信号发生器 班级： 学号： 姓名： 指导： 时间： 景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
目录 1、总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 2、单元电路1——稳压电源电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 3、单元电路2——AT89S52最小系统. . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 4、单元电路3——1602液晶显示电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 5、单元电路4——矩阵键盘输入电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 6、单元电路5——AD9850函数信号发生电路. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 7、总体电路原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 8、总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 9、元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 10、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 11、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15