函数信号发生器的仿真与设计
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专科生毕业论文（设计）
题 目：
函数信号发生器的仿真与设计
姓 名： 王超
学 号： 200903073021
系 别： 物理与电子科学系
年 级: 2009
专 业： 电子信息工程技术
指导教师： 沈文忠 职称： 副教授
2012年4月28日
安顺学院毕业论文任务书
物理与电子科学 系 电子信息工程技术 专业 2009 年级
学生姓名： 王超
毕业论文题目：函数信号发生器的仿真与设计
任务下达日期：2011年11月15日
毕业论文写作日期：2011年11月15日 至 2012年4月30日
摘 要
本文函数信号发生器的设计以555定时器组成的多谐振荡器为核心。主要思路是多谐振荡器在接通电源后能自行产生矩形波，方波通过积分电路将转变为三角波，三角波再经积分网络转变为正弦波，通过调节电路中相关电阻电容值可以改变占空比等波形参数，最终得到较好的波形。总电路使用软件Protuuse进行仿真，通过软件自带示波器观察最后所得到的波形，并通过失真分析仪研究波形失真度。
关键词：函数信号发生器 多谐振荡器 555定时器 Proteus7.8
安顺学院2009届专科毕业论文（设计）
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目 录
引言 ........................................................... 1
1.概述......................................................... 1
1.1函数信号发生器作用意义 ................................... 1
1.2 本文函数信号发生器要求 .................................. 2
2.电路原理及主要元器件介绍 ................................... 2
2.1电路原理 ................................................. 2
2.2 555 芯片介绍 ............................................ 2
3.电路原理图 .................................................. 4
3.1 函数信号发生器总电路图 .................................. 5
3.2 多谐振荡器电路介绍 ...................................... 5
4.Proteus介绍................................................. 6
5.电路的仿真及数据计算........................................ 7
5.1 方波接线图 .............................................. 7
5.2 三角波接线图 ............................................ 9
5.3 正弦波接线图 ........................................... 10
5.4 电路数据的计算与分析 ................................... 14
6.参考文献 ................................................... 16
7.致谢........................................................ 17
安顺学院2009届专科毕业论文（设计）
1 函数信号发生器的仿真与设计
引言
函数信号发生器是指能产生某些特定的周期性时间函数波形信号的信号发生器，要求能够产生形状良好的方波，三角波，正弦波等波形，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，常用于科研，生产。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。本次毕业设计旨在设计一函数信号发生器，并使用软件进行电路仿真，要求电路简单波形良好。函数信号发生器的设计方案有很多，本文采用纯硬件设计，以多谐振荡器产生方波，经过积分电路转变为三角波，再经过积分网络转变为正弦波，最后以软件Protuuse7.8进行仿真。
本文介绍了555定时器的参数，工作原理，及利用555定时器联接而成的多谐振荡器，介绍了总电路的联接方法及电路相关参数的设定，介绍了Protuuse7.8的使用方法及对本文所介绍函数信号发生器的仿真情况。在仿真过程中，记录波形参数，研究其失真度。在设计完毕初步进行仿真之后，发现得到的波形存在较大失真，通过调节电路的电阻电容值，波形得以改善，最终得到了令人较为满意的波形。考虑到电路准确度问题，
产生的波形可能会存在失真，在文章开头介绍了波形失真的定义，并介绍了波形失真的分析，计算方法。
1.概述
1.1函数信号发生器作用意义
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。函数信号发生器是指能产生某些特定的周期性时间函数波形信号的信号发生器，常用于科研，生产，维修和实验中。例如在教学实验中，常使用函数发生器的输出波形作为标准输入信号，接至放大器的输入端，配合测试仪器，例如用示波器定性观察放大器的输出端，判断放大器是否工作正常，否则，通过调整放大器的电路参数，使之工作在放大状态；然后，通过测试仪器，获得该放大器的性能指标。函数信号发生器产生信号频率的范围可从几个微赫到几十兆赫。而在测试、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安顺学院2009届专科毕业论文（设计）
2 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。因此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。另外除供通信、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。
1.2 本文函数信号发生器要求
1）、在给定的6V直流电源电压条件下，使用555芯片和运算放大器设计并制作一个多波形（方波、三角波和正弦波）发生器.
2）、信号频率f：0.85kHz～1.14kHz（实现频率可调）.
3）、信号周期T：874us～1.155ms
4）、输出电压峰峰值：方 波：2V≤Vp-p≤5V
三角波：220mv≤Vp-p≤340mv
正弦波：4mv≤Vp-p≤14mv
2.电路原理及主要元器件介绍
2.1电路原理
本次设计采用555定时器组成多谐振荡器，在接通电源后自行产生矩形波，通过积分电路将矩形波转变为三角波，再经积分网络转变为正弦波。具体示意图如图1所示。
积分电路 积分电路
图 1 波形转换示意图
2.2 555 芯片介绍
555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，可以将输入的模拟信号变化为一定的数字信号输出，因而广泛应用于生产实践的各个领域。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制和检测电路中。
555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、由两个与非门G1和G2组成的基本RS触发器（低电平触发）、放电三极管T以及输出反相缓冲器G3组成，其内部结三角波 正弦波 多谐振荡器 方波 安顺学院2009届专科毕业论文（设计）
3 构图如图2所示。
图 2 555 定时器内部结构图
引脚功能：
Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。
Vi2（TR）：低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。
Vco：控制电压端。
Vo：输出端。
Dis：放电端。
Rd ：复位端。
555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生1/3Vcc和2/3Vcc两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。
Rd是复位端，低电平有效。复位后,基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
分析555定时器的内部电路图可知：在555定时器的Vcc端和地之间加上电压，并让Vco悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压2/3Vcc，比较器C2反相输入端接参考电压1/3Vcc，为了学习方便，我们规定：
当TH端的电压>2/3Vcc时，写为VTH=1，当TH端的电压<2/3Vcc时，写为VTH=0。
当TR端的电压>1/3Vcc时，写为VTR=1，当TR端的电压<1/3Vcc时，写为VTR=0。
1)低触发：当输入电压Vi2<1/3Vcc且Vi1<2/3Vcc时，VTR=0，VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使 Q＝1，Q＝0，经输出反相缓冲器后，VO＝1，T截止。这时称555定时器“低触发”。
2)保持：若 Vi2>1/3Vcc且Vi1<2/3Vcc，则VTR=1，VTH=0，S=R=1，基本RS触发器
