函数波形发生器.docx

淮海工学院课程设计报告书课程名称：电子线路课程设计题目：函数波形发生器系（院）：电子工程学院学期：2010-2011-2专业班级：电科081班姓名：刘婷婷学号：030831125指导老师：胡全斌一、绪论在无线电通信、测量、自动化控制等技术领域广泛的应用着各种类型的信号发生器，常用的波形是正弦波，矩形波（方波）和锯齿波。

随着集成电路技术的发展，已经出现了能同时产生同频的方波，三角波和正弦波的专用集成电路，称为函数波形发生器,如ICL8038。

用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

二、设计内容及要求设计函数波形发生器，技术指标：（1）输出正弦波，方波和三角波。

频率为2KHz—20KHz并连续可调，正弦波输出的峰-峰值V op-p≈3V，非线性失真系数γ≤5%。

（2）输出矩形波，锯齿波频率的20Hz—500Hz并连续可调，矩形波的V P-P≈12V，占空比为50%～90%并连续可调；锯齿波的V P-P≈3V，负斜率连续可调。

（3）输出扫频波。

（4）用±12V电源供电。

三、设计方案讨论与分析3.1 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，综合考虑了以下三种实现方案：3.2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。

摘要主要设计思想是运用单片机控制MAX038产生多种波形，这些波形包括正弦波、三角波、方波等。

基于MAX038函数发生器运行可靠，操作方便，因此本文采用单片机做为核心控制芯片，采用MAX038作为多波形产生芯片。

本设计通过4*4矩阵键盘选择需要输出地波形、频率和幅值，MAX038配上外围电路就能输出所需的波形。

虽然从理论上可以算出输出信号的频率，但由于模拟开关的使用以及非线性误差等因素的影响，算得的频率不是很准确，因此本文将MAX038的同步输出作为频率计的输入，由单片机完成自动频率检测，实时测出其频率，已形成一个控制反馈，从而保证输出波形的精度能够满足设计的指标。

函数信号的产生由MAX038和外围电路完成，能产生所需的波形。

图形点阵液晶显示器CA12864B显示输出波形的种类、频率和幅值。

单片机的应用也非常广泛，它将逐渐成为电子技术及自动化专业必须掌握的技术之一，c语言以然已成为了单片机控制系统软件的主要工具，与汇编语言相比，在其功能、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。

关键词 MAX038 函数波形发生器单片机89C51 显示器开关目录目录.................................................................................................................... - 1 -一、引言...................................................................................................... - 2 -二、概述...................................................................................................... - 2 -三、系统概述和设计方案.................................................................................. - 2 -1论文的内容和组织............................................................................................. - 2 -2方案选择............................................................................................................. - 3 -3信号发生芯片选择............................................................................................. - 3 -4方案框图设计及基本控制原理......................................................................... - 4 -1)频段控制调整参数计算 .......................................................................... - 5 -2)频率控制细调参数计算 .......................................................................... - 6 -3)占空比的数字控制参数计算 .................................................................. - 7 -4)幅度的数控参数实现 .............................................................................. - 8 -四、芯片简介...................................................................................................... - 9 -1MAX038芯片简介................................................................................................ - 9 -1)MAX038的性能简介 ............................................................................... - 9 -2)MAX038的性能特点 .............................................................................- 10 -2MAX505芯片简介..............................................................................................- 12 -1)MAX505的引脚描述 .............................................................................- 12 -2)MAX505的内部结构及原理 .................................................................- 13 -3)D/A转换电路的电路说明.....................................................................- 15 -3单片机89C51....................................................................................................- 16 -1)主要特性 ................................................................................................- 17 -2)管脚说明 ................................................................................................- 17 -3)振荡器特性 ............................................................................................- 19 -4)芯片擦除 ................................................................................................- 20 -5)结构特点 ................................................................................................- 20 -五、频段选择电路............................................................................................- 20 -1)幅度控制电路 ........................................................................................- 21 -六、键盘电路....................................................................................................- 23 -七、电源电路....................................................................................................- 24 -八、系统软件流程图设计................................................................................- 25 -1主程序流程.......................................................................................................- 25 -2频段处理子程序...............................................................................................- 26 -3频率处理子程序...............................................................................................- 27 -4幅度处理子程序...............................................................................................- 28 -九、结束语........................................................................................................- 29 -十、参考文献....................................................................................................- 30 -十一、谢词 ................................................................................................- 31 -十二、附件 ................................................................................................- 32 -一、引言信号发生器是实验室的基本设备之一，目前广泛使用的是一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但价格较贵，而且许多功能却用不上。

函数/任意波形发生器系列DG2000 独创的SiFi II(Signal Fidelity II)技术：逐点生成任意波形，不失真还原信号，采样率 精确可调，所有输出波形（包括：方波、脉冲等）抖动低至200ps 每通道任意波存储深度16Mpts标配等性能双通道，相当于两个独立信号源 ±1ppm高频率稳定度，相噪低至-105dBc/Hz 内置最高8次谐波发生器内置7 digits/s，240MHz带宽的全功能频率计多达160种内建任意波形，囊括了工程应用、医疗电子、汽车电子、数学处理等各 个领域的常用信号采样率高达250MSa/s，垂直分辨率16bits主机具有任意波形序列编辑功能，也可通过上位机软件生成任意波形 多种模拟和数字调制功能：AM、FM、PM、ASK、FSK、PSK和PWM 标配波形叠加功能，可以在基本波形的基础上叠加指定波形后输出标配通道跟踪功能，跟踪打开时，双通道所有参数均可同时根据用户的配置更新 标配接口：USB Host & Device、LAN（LXI Core 2011 Device）；支持USB-GPIB功能 4.3英寸TFT彩色触摸显示屏 支持RS232、PRBS和DualTone输出2 设计特色独创的SiFi II技术符合触摸操作的UI设计Advanced功能输出逐点生成任意波，不失真还原信号，较上一代SiFi技术相比，增加了多种滤波模式，同时支持边沿时间动态调整。

全新的UI和操作体验，触摸屏支持拖动以及点击操作。

同时键盘能够脱离触摸屏完成所有参数设置。

支持PRBS以及RS232码型输出，支持本地序列编辑。

100MHz带宽高斯白噪声3DG2000系列函数/任意波形发生器设备尺寸：宽×高×深=261.5mm×112mm×318.4mm 重量：3.2kg（不含包装）4 功能界面等性能双通道功能内置160 种任意波具有独创的SiFi II技术的任意波功能ⅡBurst 功能多种模拟和数字调制功能扫频功能标配谐波发生器功能双音功能PRBS功能RS232功能序列功能5波形叠加功能标配7 digits/s，240MHz带宽的频率计通道及系统设置文件管理功能67DG2000系列技术指标上升/下降时间典型（1Vpp，1kHz）≤9ns过冲典型（100kHz，1Vpp）≤5%占空比0.01%至99.99%（受当前频率设置限制）不对称性周期的1%+4ns 抖动（rms）典型（1Vpp）≤5MHz：周期的2ppm+200ps >5MHz：200ps锯齿波线性度≤峰值输出的1%（典型值，1kHz，1VPP，对称性100%）对称性0%至100% 技术指标除非另有说明，所有技术规格在以下两个条件成立时均能得到保证。

1.名称：GIGOL_DG1062Z Series Function/Arbitrary Waveform Generator2.目的：为研发人员使用函数波形发生器之操作依据。

3.范围：3.1适用机台：GIGOL_DG1062Z Series Function/Arbitrary Waveform Generator3.2机台结构与外观：如图(1)所示3.3机台位置：实验室图（1）4.名词定义：4.1Arb: 任意的5.参考文件/资料：5.1GIGOL_DG1062Z Series Function/Arbitrary Waveform Generator操作手册6.负责单位：实验室人员7.机台操作：7.1操作步骤7.1.1 机台电源的激活(power on)A. 先确定机台电源线已经连接到插板上。

B. 按下按下显示器左下方电源开关按钮至“1”位置。

7.1.2 机台电源的关闭(power off)A. 同样地, 欲关闭电源, 拨下电源开关按键至“O”位置。

7.1.3 输出基本波形7.1.3.1选择输出通道按通道选择键CHI/CH2，选中CH1，此时通道状态栏边框以黄色标识。

7.1.3.2 选择正弦波按Sine,选择正弦波，背灯变亮标示选中。

7.1.3.3 设置频率/周期按频率/周期，使“频率”显示突出，通过数字键盘输入数值，然后在弹出的菜单中选择单位。

再次按下此键，切换至周期位置，通过数字键输入数值，在菜单中选择单位。

7.1.3.4 设置幅值按幅值/高电平，使幅值突出显示，通过数字键输入数值，在菜单中选择单位。

再次按下此键切换至高电平设置。

7.1.3.5 设置偏移电压按偏移/低电平，是偏移突出显示，通过数字键输入数值，在菜单中选择单位。

再次按下此键切换到低电平设置。

7.1.3.6 设置起始相位按起始相位，通过数字键输入数值，在菜单中选择单位。

7.1.3.7 启用输出按OUTPUT键，背灯变亮，当前波形信号输出。

一、实训背景函数波形发生器是一种能够产生正弦波、方波、三角波等多种周期性波形的电子设备。

在现代电子技术中，波形发生器被广泛应用于通信、信号处理、自动控制等领域。

本实训旨在通过设计和实现一个基于51单片机的函数波形发生器，提高学生对单片机应用系统的设计与实现能力。

二、实训目标1. 掌握51单片机的基本原理和编程方法；2. 了解DAC0832数字模拟转换器的工作原理；3. 学会使用LM324运算放大器进行信号处理；4. 设计并实现一个能够产生正弦波、方波、三角波等多种周期性波形的函数波形发生器。

三、实训内容1. 硬件设计（1）51单片机：作为主控单元，负责控制整个系统的运行。

（2）DAC0832：将51单片机输出的数字信号转换为模拟信号。

（3）LM324运算放大器：对模拟信号进行放大、滤波等处理。

（4）电阻、电容、二极管等元件：构成滤波电路、限幅电路等。

2. 软件设计（1）正弦波发生器：采用查表法实现，将正弦波数据存储在单片机的存储器中，通过定时器产生中断，不断读取数据，经DAC0832输出。

（2）方波发生器：采用比较法实现，通过改变比较器的阈值，使输出波形在0和5V之间切换。

（3）三角波发生器：采用积分法实现，通过不断改变积分器的输入电压，使输出波形在0和5V之间变化。

3. 系统集成与调试将硬件电路连接完毕后，进行软件编程。

在编程过程中，不断调试，确保各个模块能够正常工作。

最后，将各个模块集成在一起，形成一个完整的函数波形发生器。

四、实训过程1. 硬件电路搭建（1）按照设计方案，连接51单片机、DAC0832、LM324运算放大器等元件。

（2）搭建滤波电路、限幅电路等。

2. 软件编程（1）编写正弦波发生器程序，实现正弦波输出。

（2）编写方波发生器程序，实现方波输出。

（3）编写三角波发生器程序，实现三角波输出。

3. 系统调试（1）检查各个模块是否正常工作。

（2）调整参数，使输出波形满足要求。

（3）测试不同频率、幅度下的波形输出。

数据手册SDG5000系列函数/任意波形发生器主要特性◆采用先进的DDS技术，双通道输出，500MSa/s 采样率，14bit 垂直分辨率◆2ppm高频率稳定度，-116dBc/Hz低相位噪声(SSB)◆具备优越的信号保真度，512K点波形长度，可输出复杂的任意波形，可更精确的显示客户定义的信号◆采用独特的EasyPulse技术，可输出低抖动、快速上升沿/下降沿(不受频率影响)的脉冲信号，占空比极小，边沿和脉宽可以大范围，精细调节◆丰富的调制功能：AM、DSB-AM、FM、PM、FSK、ASK、PWM以及线性/对数扫描和脉冲串◆内置高精度、宽频带频率计，可测量范围：100 mHz ~ 200 MHz（单通道）◆标准配置接口：USB Device，USB Host，支持U 盘存储和软件升级◆大屏幕、高分辨率、高亮度的TFT图形显示，支持直观的操作和参数设置，配置功能强大的任意波编辑软件，支持远程命令控制可编辑任意波可编辑输出14bit、512kpts/16kpts 的任意波形.任意波编辑软件EasyWave 提供9 种标准波形：Sine，Square，Ramp，Pulse，ExpRise，ExpFall，Sinc，Noise 和DC，可满足最基本的需求；同时还为用户提供了手动绘图、直线绘图（包括水平直线、垂直直线、两点直线）、坐标绘图（可以通过鼠标或表格来输入坐标，且有连线和平滑两种方式）和方程式绘图，使创建复杂波形轻而易举；仪器内部提供非易失性波形存储器以存储用户自定义的任意波形.通过EasyWave 可编辑和存储更多任意波形。

信号保真度SDG5000系列函数/任意波形发生器具有高稳定性时基和512kpts任意波形存储长度，可输出更复杂、更精确的任意波.借助该信号发生器能够让客户获得更高的信号保真度。

价格合理，性能优越SDG5000系列函数/任意波形发生器是SIGLENT家族的最新成员.人性化设计：4.3英寸TFT-LCD显示；支持中英文菜单及英文输入；按键帮助，方便信息获取；支持U盘和本地存储，便于文件管理；专用的接地端子。

任意波形函数信号发生器任意波形长度
任意波形函数信号发生器（也称为任意波形发生器或AWG）是一种设备，
可以生成多种不同形状的波形，包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等。

这些波形可以用于各种不同的应用，例如测试和测量、信号处理、电子通信等。

关于任意波形长度的问题，这主要取决于所使用的设备和技术。

一般来说，任意波形函数信号发生器的输出信号长度是有限的，这通常由设备的内存大小或可用的数据存储容量决定。

一些高端的任意波形函数信号发生器可能具有更大的内存和数据存储容量，因此可以生成更长的波形。

对于需要生成非常长波形的情况，可能需要使用多个设备或通过其他方式解决，例如将波形分成多个部分并在多个设备上生成，或者使用具有更大内存和数据存储容量的设备。

以上内容仅供参考，如需更准确的信息，建议查阅任意波形函数信号发生器的产品说明或向相关厂商咨询。

33120A Function/ArbitraryWaveform Generator•15 MHz sine and square wave outputs•Sine, triangle, square, ramp, noise and more•12-bit, 40MSa/s, 16,000-point deep arbitrary waveforms•Direct digital synthesis for excellent stabilityUncompromising performance for standard waveformsThe Keysight Technologies, Inc. 33120A Function/Arbitrary Waveform Generator uses direct digital-synthesis techniques to create a stable, accurate output signal for clean, low distortion sine waves. It also gives you fast rise- and fall-time square wave, and linear ramp waveforms down to 100 μHz.Custom waveform generationUse the 33120A to generate complex custom waveforms such as a heartbeat or the output of a mechanical transducer. With 12-bit resolution, and a sampling rate of 40 MSa/s, the 33120A gives you the flexibility to create any waveform you need. It also lets you store up to four 16,000-deep waveforms in nonvolatile memory.Easy-to-use functionalityFront-panel operation of the 33120A is straightforward and intuitive. You can access any of ten major functions with a single key press or two, then use a simple knob to adjust frequency, amplitude and offset. To save time, you can enter voltage values directly in Vp-p, Vrms or dBm. Internal AM, FM, FSK and burst modulation make it easy to modulate waveforms without the need for a separate modulation source. Linear and log sweeps are also built in, with sweep rates selectable from 1ms to 500 s. GPIB and RS-232 interfaces are both standard, plus you get full programmability using SCPI commands.Optional phase-lock capabilityThe Option 001 phase lock/TCXO timebase gives you the ability to generate synchronized phase-offset signals. An external clock input/output lets you synchronize with up to three other 33120As or with an external 10-MHz clock.Option 001 also gives you a TCXO timebase for increased frequency stability. With accuracy of 4 ppm/yr, the TCXO timebase make a 33120A ideal for frequency calibrations and other demanding applications. With Option 001, new commands let you perform phase changes on the fly, via the front panel or from a computer, allowing precise phase calibration and adjustment.Link the Keysight 33120A to your PCThe included Keysight IntuiLink software allows you to easily create, edit, and download complex waveforms using the IntuiLink Arbitrary Waveform Editor. Or you can capture a waveform using IntuiLink Oscilloscope or DMM and send it to the 33120A for output. For programmers, ActiveX components can be used to control the instrument using SCPI commands. IntuiLink provides the tools to easily create, download, and manage waveforms for your 33120A. To find out more about IntuiLink, visit/find/intuilink.The 33120A can also be used in conjunction with the 34811A BenchLink Arb software. This Windows-based program lets you create and edit waveforms on your PC and download them to the 33120A. WaveformsStandard Sine, square, triangle, ramp, noise, sin(x)/x,exponential rise exponential fall, cardiac, dc volts. ArbitraryWaveform length 8 to 16,000 pointsAmplitude resolution 12 bits (including sign)Sample rate 40 MSa/sNon-volatile memory Four (4) 16,000 waveformsFrequency CharacteristicsSine 100 μHz - 15 MHzSquare 100 μHz - 15 MHzTriangle 100 μHz - 100 kHzRamp 100 μHz - 100 kHzWhite noise 10 MHz bandwidthResolution 10 μHz or 10 digitsAccuracy 10 ppm in 90 days, 20 ppm in 1 year, 18°C - 28°C Temp. Coeff < 2 ppm/°CAging < 10 ppm/yrSinewave Spectral PurityHarmonic distortiondc to 20 kHz -70 dBc20 kHz to 100 kHz -60 dBc100 kHz to 1 MHz -45 dBc1 MHz to 15 MHz -35 dBcSpurious (non-harmonic)DC to 1 MHz <-65 dBc1 MHz to 15 MHz < -65 dBc + 6 dB/octaveTotal harmonic distortionDC to 20 kHz <0.04%Phase noise <-55 dBc in a 30 kHz bandSignal CharacteristicsSquarewaveRise/Fall time < 20 nsOvershoot 4%Asymmetry 1% + 5nsDuty cycle 20% to 80% (to 5 MHz)40% to 60% (to 15 MHz)Triangle, Ramp, ArbRise/Fall time 40 ns (typical)Linearity <0.1% of peak outputSetting Time <250 ns to 0.5% of final valueJitter <25nsOutput CharacteristicsAmplitude(into 50Ω)50 mVpp - 10 Vpp1Accuracy (at 1 kHz) ± 1% of specified outputFlatness (sinewave relative to 1 kHz)< 100 kHz ± 1% (0.1 dB)100 kHz to 1 MHz ± 1.5% (0.15 dB)1 Mz to 15 MHz ± 2% (0.2 dB) Ampl ≥ 3Vrms± 3.5% (0.3 dB) Ampl < 3Vrms Output Impedance 50Ω (fixed)Offset (into 50Ω)2+ 5 Vpk ac + dcAccuracy ± 2% of setting + 2 mV Resolution 3 digits, amplitude and offset Units Vpp, Vrms, dBmIsolation 42 Vpk maximum to earth Protection Short circuit protected± 15 Vpk overdrive < 1 minute ModulationAMCarrier -3dB Freq. 10 MHz (typical)Modulation any internal waveform including Arb Frequency 10 mHz - 20 kHzDepth 0% - 120%Source Internal/ExternalFMModulation any internal waveform including Arb Frequency 10 mHz - 10 kHzDeviation 10 mHz - 15 MHzSource Internal onlyFSKInternal rate 10 mHz - 50 kHzFrequency Range 10 mHz - 15 MHzSource Internal/External (1 MHz max.)BurstCarrier Freq. 5 MHz max.Count 1 to 50,000 cycles or infiniteStart Phase -360° to +360°Internal Rate 10 mHz - 50 kHz ± 1%Gate Source Internal/External GateTrigger Single, External or Internal RateSweepType Linear or LogarithmicDirection DirectionStart F/Stop F Start F/Stop FSpeed 1 ms to 500 s ± 0.1%Trigger Single, External, or InternalRear Panel InputsExt. AM Modulation ± 5 Vpk = 100% modulation 5kΩ input resistance External Trigger/ FSK/Burst Gate TTL low trueSystem Characteristics3Configuration Times4Function Change:580 msFrequency Change:530 msAmplitude Change: 30 msOffset Change: 10 msSelect User Arb: 100 msModulation Parameter Change: <350 msArb Download Times over GPIBArb Length Binary ASCII Integer ASCII Real616,000 points 8 sec 81 sec 100 sec8,192 points 4 sec 42 sec 51 sec4,096 points 2.5 sec 21 sec 26 sec2,048 points 1.5 sec 11 sec 13 secArb Download Times over RS-232 at 9600 Baud:7Arb Length Binary ASCII Integer ASCII Real816,000 points 35 sec 101 sec 134 sec8,192 points 18 sec 52 sec 69 sec4,096 points 10 sec 27 sec 35 sec2,048 points 6 sec 14 sec 18 sec[1] 100 mVpp - 20 Vpp into open circuit[2] Offset ≤ 2x pk - pk amplitude[3] Times are typical. May vary based on controller performance[4] Time to change parameter and output the new signal.[5] Modulation or sweep off[6] Times for 5-digit and 12-digit numbers[7] For 4800 baud, multiply the download times by two; For 2400 baud, multiply the download times by four, etc.[8] Time for 5-digit numbers; for 12-digit numbers, multiply the 5-digit numbers by twoOption 001 Phaselock/TCXO TimebaseTimebase AccuracySetability SetabilityStability ± 1 ppm 0° - 50°Aging < 2ppm in first 30 days (continuous operation)0.1 pm/month (after first 30 days)External Reference InputLock Range 10 MHz ± 50 HzLevel -10 dBm to + 15 dBm+25 dBm or 10 Vppmax inputImpedance 50Ω ± 2%, 42 Vpk isolation to earthLock Time < 2 secondsInternal Reference OutputFrequency 10 MHzLevel > 1 Vpp into 50 ΩPhase OffsetRange + 360° to - 360°.Resolution 0.001°Accuracy 25 nsTrigger OutputLevel 5V zero-going pulsePulse Width > 2μs typicalFanout Capable of driving up to three 33120AsOrdering InformationKeysight 33120A Function/Arb Generator Opt. 001 Phase Lock/TCXO Timebase OptionGeneralPower Supply 110V/120V/220V/240V±10%Power Line Frequency 45 Hz to 66 Hz and 360 Hz to 440 HzPower Consumption 50VA peak (28 W average)Operating Environment 0°C to 55°CStorage Environment -40°C to 70°CState Storage Memory Power Off state automatically saved, 3 User ConfigurableStored StatesInterface IEEE-488 and RS-232 standardLanguage SCPI - 1993, IEEE-488.2Ordering Information33120A Function/Arbitrary Waveform Generator Accessories includedOperating manual, service manual, quick reference guide, IntuiLink connectivity software, test data, and power cord OptionsOpt. 001 Phase lock/TCXO timebaseOpt. 106 BenchLink Arb software (34811A) > 1 Vpp into 50 Ω Opt. 1CM Rack Mount Kit (34190A)* Opt. 910 Extra manual setManual language options (please specify one) ABA US English ABD German ABE Spanish ABF French ABJ Japanese ABZ ItalianABO Taiwan Chinese AB1 Korean AccessoriesKeysight 34161A Accessory pouchKeysight 34811A BenchLink Arb software* For racking two side-by-side, order both items below Lock-link Kit (P/N 5061-9694) Flange Kit (P/N 5063-9212)Dimensions (W x H x D)Bench top 254.4mm x 103.6mm x 374mm Rack mount 212.6mm x 88.5mm x 348.3mm Weight4 kg (8.8 lbs)Safety Designed to. UL-1244, CSA 1010, EN61010. EMC Tested to MIL-461C, EN55011, EN50082-1 Vibration and Shock MIL-T-28800, Type III, Class 5 Acoustic Noise 30 dBa Warm-up Time1 hourLearn more at: For more information on Keysight Technologies’ products, applications or services, please contact your local Keysight office. The complete list is available at: /find/contactus。

第九届电子设计竞赛题目：函数波形发生器目录摘要 (3)1、系统总体框图 (4)2、方案设计与论证 (5)2.1三角波变正弦波电路 (5)2.2 输出波形幅度调节电路 (5)2.3直流电压信号产生电路 (6)3、硬件电路设计 (6)3.1 恒流源电路 (6)3.2电路与触发器电路 (7)3.3 三角波变正弦波 (7)3.4 方案误差分析 (8)4、软件设计 (8)5、测试方法及测试结果 (8)5.1 主要测试仪器 (9)5.2 指标测试 (9)6、附录 (9)6.1 总原理图 (10)6.2 参考文献 (12)1 系统总体框架本系统的基本工作原理是这样的：系统上电后，MSP430F149单片机自动选通一路继电器，将电容组中的一个电容接到电路中，并通过2路DA 输出2个默认电压值，使恒流源开始工作（对电容进行充放电）。

此时电路开始自激，产生出频率相同的方波、三角波、正弦波以及TTL 信号。

真有效值测量电路检测三角波的有效值，并将该电压值送至MSP430F149单片机的ADC 接口，MSP430通过调节其输出的一个PWM 信号的占空比来控制一个直流电压信号，该信号输入到乘法器，对输出信号的幅度进行调整，直至ADC 检测到的电压值与缺省值相等为止。

同时，MSP430F149单片机对输出的TTL 信号的频率进行采样，若采样结果与预期值不同，则MSP430F149单片机对两路DA 的输出进行调整，进而调整输出频率，使其趋向于预期值。

用户可以通过键盘输入所需的波形，并设置其频率、幅度，系统将根据用户输入的信息自动调整输出的波形，使其各项参数稳定在用户设置的值上。

MSP430F1498位D/A 转换器外围4*4键盘控制模块12864液晶显示压控恒流源波形振荡网络波形转换网络由继电器组成的信号输出选择电路信号幅值采集电路信号输出2方案设计与论证2.1 三角波变正弦波电路方案一： 使用低通滤波器将三角波变为正弦波将三角波按傅立叶级数展开：)5sin 2513sin 91(sin 8)(2 -+-=t t t t U u miωωωωπ（1—1）其中Um 是三角波的幅值，由该公式知，只要设计一个低通滤波器，使其截止频率大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。

青岛理工大学琴岛学院设计报告课题名称：函数信号发生器的设计与实现院系：计算机工程系专业班级：电子信息工程091学号：20090302019学生：牛振兴指导教师：梁孔科青岛理工大学琴岛学院教务处2019年12月**日#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit CSDA=P2^2;sbit Wr=P3^6;sbit S1=P3^2;sbit S2=P3^3;uchar m[5]={1,0,0,0,0};uchar SHUZHI=0,STEP=0,delays=0;uchar BX=0;PINGLV=0;uchar i;uchar code sin[64]={135,145,158,167,176,188,199,209,218,226,234,240,245,249,252,254,254,253 ,251,247,243,237,230,222,213,204,193,182,170,158,146,133,121,108,96,84,72,61,50, 41,32,24,17,11,7,3,1,0,0,2,5,9,14,20,28,36,45,55,66,78,90,102,114,128};uchar code juxing[64]={255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255, 255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,255,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};uchar code juchi[64]={0,4,8,12,16,20,24,28,32,36,40,45,49,53,57,61,65,69,73,77,81,85,89,93, 97,101,105,109,113,117,121,125,130,134,138,142,146,150,154,158,162,166,170,174,1 78,182,186,190,194,198,202,206,210,215,219,223,227,231,235,239,243,247,251,255}; uchar code tixing[64]={0,13,26,39,52,65,78,91,104,117,130,143,156,169,182,195,208,221,234,2 47,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,247,2 47,247,247,247,247,247,242,229,216,203,190,177,164,151,138,125,112,99,86,73,60,4 7,34,21,8};uchar code sanjiao[64]={0,8,16,24,32,40,48,56,64,72,80,88,96,104,112,120,128,136,144,152,16 0,168,176,184,192,200,208,216,224,232,240,248,248,240,232,224,216,208,200,192,18 4,176,168,160,152,144,136,128,120,112,104,96,88,80,72,64,56,48,40,32,24,16,8,0}; uchar *point[]={sin,juxing,juchi,tixing,sanjiao};void Delay(uchar c)int a,b;for(a=c;a>0;a--)for(b=60;b>0;b--);void fun(uchar *jieshou)delays=PINGLV;P1=*(jieshou+SHUZHI);SHUZHI++;if(SHUZHI==64) SHUZHI=0;while(delays) delays--; //可用定时器增加精确度void main()CSDA=0;Wr=0;while(1)if(S1==0)Delay(5);if(S1==0)BX++;STEP=0;if(BX==5)BX=0;for(i=0;i<5;i++)m[i]=0;m[BX]=1;Delay(1);while(!S1);if(S2==0)Delay(5);if(S2==0)STEP++;if(STEP==16)STEP=0;PINGLV=2*STEP;Delay(1);while(!S2);for(i=0;i<5;i++)if(m[i])fun(point[i]);（限于代码量，未加中断实现）。

函数波形发⽣器函数波形发⽣器⼀、题⽬分析题⽬要求：利⽤D/A芯⽚产⽣峰峰值为5V的锯齿波和三⾓波。

控制功能：使⽤2个拨动开关（K1、K2）进⾏功能切换。

当K1接⾼电平时，输出波形的频率为1Hz，否则为0.5Hz。

当K2接⾼电平时，输出为三⾓波，否则输出为锯齿波。

使⽤的主要元器件：8031、6MHz的晶振、74LS373、74LS138、2764、DAC0832、LM324、拨动开关K1、K2等。

输出波形的验证⽅法：使⽤⽰波器测量输出波形。

函数发⽣器采⽤AT89c52 单⽚机作为控制核⼼，外围采⽤模拟/数字转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键等。

电路采⽤AT89C52单⽚机和⼀⽚DAC0832数模转换器组成数字式低频信号发⽣器。

通过开关控制可产⽣锯齿波、三⾓波，同时⽤开关控制频率切换的波形。

所产⽣的波形V P-P范围为5 V，频率范围为1HZ与0.5HZ,波形准确并且平滑。

本系统设计简单、性能优良，具有⼀定的实⽤性。

本设计主要应⽤AT89c52作为控制核⼼。

硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价⽐较⾼等特点。

⼆、⽅案论证硬件⽅案选择⽅案⼀：AT89c52单⽚机是⼀种⾼性能8位单⽚微型计算机。

它把构成计算机的中央处理器CPU、存储器、寄存器、I/O接⼝制作在⼀块集成电路芯⽚中，从⽽构成较为完整的计算机。

AT89c52芯⽚中每⼀路模拟输出与DAC0832芯⽚相连，构成多个DAC0832同步输出电路，输出波形稳定，精度⾼，但是第⼆级DAC0832输出，发⽣错误并且电路连接复杂。

⽅案⼆：AT89c52芯⽚中只有⼀路模拟输出或⼏路模拟信号⾮同步输出，这种情况下ＣＰＵ对DAC0832 执⾏⼀次写操作，则把⼀个数据直接写⼊ＤＡＣ寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。

输出波形稳定，精度⾼，滤波好，抗⼲扰效果好，连接简单，性价⽐⾼。

因此我们设计中采⽤⽅案⼆。

软件⽅案选择⽅案⼀：根据89c52单⽚机，采⽤c语⾔编程设计软件程序，达到单⽚机输出预定信号，c语⾔编写程序较为困难，复杂。

函数波形发生器硬件电路设计1.概述函数波形发生器，可以产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波等）信号，频率范围从几微赫到几十兆赫。

它在国内外电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频发射。

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子测量领域。

函数发生器在测量中作为信号源的应用也是非常广泛的。

国际上波形发生器技术发展主要体现在以下两个方：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。

波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。

波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。

同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成V=f（t）形式的波形方程的数学表达式产生。

从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，对各种计算机语言的飞速发展以及对任意波形发生器软件方面的技术起到了推动作用。

目前可以利用可视化编程语言（如Visual Basic , Visual C等等）编写任意波形发生器的软面板，同样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。

（2）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。

不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。

这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。

而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。

要得到一个频率稳定的正弦波、矩形波等多种波形的方法也很多，但是就国内外研究人员大多数研究状况都表明设备的成本都比较昂贵，电路比较复杂, 为了节约成本，故本次设计利用单片机的基本性质，数字电路，模拟电路，通信原理以及C语言的应用，采用软硬件的方法来实现一个稳定性、可靠性较好, 智能性强，电路操作简单，成本较低，能在键盘电路的控制下输出正弦波、方波、锯齿波、三角波并且频率可以调整、方波的占空比也可以进行调整的函数波形发生器。

系统框图1、系统设计1.1总体设计系统采用±12V双电源供电，由LM324集成运放芯片构成滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器。

它由滞回比较器产生方波信号，方波信号经过积分器后产生三角波信号。

三角波信号一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的V REF（反馈电压）；另一路经二阶有源低通滤波器滤波以后产生正弦波信号。

使用时可以在电路系统的不同输出点得到不同的波形信号。

正弦波信号通过LM358集成芯片构成全波整流电路。

2.2 单元电路设计2.2.1方波——三角波发生电路方波-三角波发生电路由滞回比较器和积分运算电路组成。

通过滞回比较器产生方波，方波通过积分电路产生三角波。

积分运算电路既作为延迟环节又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的输出互为另一个电路的输入。

方波的输出电压幅度由稳压管ZD1、ZD2共同决定。

稳压幅度Uz为+Uz=3.9+0.7=4.6（V)其中，0.7V为二极管D1正向导通的管压降。

-Uz=-（3.9+0.7）=-4.6 (V)其中，0.7V为二极管D2正向导通管压降。

所以U o1=±U Z＝±4.6（V)V pp(方波）=9.2V电路的第二级是一个积分器，用于输出三角波。

当电路的第一级输出的方波信号U01送入该级电路后，由该级电路对信号进行积分变换以后，产生三角波信号U02。

U02分成两路，一路输入第三级电路，另一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的V REF。

R1为10KΩ,R2为10 kΩ，R4=10kΩ,C1=0.1uF。

第二级电路的输出电压幅度为：错误！未找到引用源。

=(10K/10K)*4.6V=4.6（V）V pp(三角波）=9.2(V)第一级电路和第二级电路的振荡周期相同，可以由以下的公式求得：＝4×(10x103)×(10x103)×0.1×10－6/(10×103)T=4 (ms)则振荡频率为：f＝1/ T＝1/(0.172×10-3)=250(Hz)2.2.2正弦波发生电路C2第三级电路是二阶有源低通滤波器，用于对第二级电路送来的信号U02进行滤波。

函数信号发生器设计报告姓名：学号：指导教师：2011年12月14日函数波形发生器一、设计任务设计并制作方波和三角波的函数发生器二、设计要求函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波（锯齿波）、方波（矩形波）、阶梯波等电压波形的电路和仪器。

电路形式可以采用由运放及分离元件构成，也可采用单片集成函数发生器，根据用途不同，有产生多种波形的函数信号发生器，本设计主要为产生方波和三角波的函数信号发生器。

本次课程设计的波形发生电路以OP07J为核心，实现简易波形的输出。

滞回比较器和积分运算电路产生方波和三角波的输出。

三、设计方案和论证1、设计原理工作原理图如图1.1所示。

图中U1、R1、R2、R3、RP1、RP3共同组成同相输入滞回比较器。

当同向端输入电压大于零时，运放输出幅值为+Uz的高电平，当同向端输入电压小于零时，运放输出幅值为-Uz的低电平，故Uo1幅值为±Uz的方波U2、R4、R5、RP2、RP4共同组成积分运算电路。

当Uo1输出高电平时，电容充电，运放输出电压负方向线性增加，并反馈到滞回比较器的同向输入端，控制其输出端的状态跳变；当Uo1输出电压跳变到低电平时，电容放电，运放输出电压正方向线性增加，并反馈回去，从而在Uo2端得到周期性的频率与方波相同的三角波。

图1.1方波和三角波电路原理图2、参数计算和器件选择 （1）参数计算：滞回比较器中运放OP07J 同相输入端的电压U 同时与Uo1和Uo2有关，根据叠加原理，可得：22121211O O U R R R U R R R U +++=根据叠加原理，集成运放U 同相输入端的电位U +=U -=0，1212O O U R R U -=，滞回比较器的输出发生跳变。

阈值电压Z T U R RU 21±=。

积分电路的运算可得，)()(1002011402t U dt U C R U ⎰+-=，起始值为-U T ，终了值为+U T ，积分时间为T/2。

微机系统与应用课程设计实验报告成绩：评语：教师：＿＿＿＿＿＿＿＿年月日班级：学号：姓名：地点：时间：常用函数波形发生器的设计一、课程设计目的1. 掌握微机系统总线与各芯片管脚连接方法，提高接口扩展硬件电路的连接能力。

2. 加深对和D/A 芯片的工作方式的理解，学会编写程序，使D/A 转换输出函数的方法。

3. 掌握通过A/D 转换进行实时数据采集与处理的设计思路和实现方法。

二、课程设计的内容微机通过DAC0832 接口（OUT2）输出常用函数波形（方波，锯齿波，正弦波等），该波形作为ADC0809 模拟信号输入连到IN0，ADC0809 的输出通过8255 接口送到数据总线，设计连接硬件线路，然后编写波形发生和数据采集程序，将采集的数据（波形）显示在计算机屏幕上。

三、系统功能与设计要求1．基本功能要求具有友好的人机交互界面，通过鼠标选择相关按钮或菜单对系统进行控制，采集的数据（波形）要以图形的方式实时显示在计算机屏幕上。

屏幕显示参考下图：屏幕显示参考以上图形，也可以自行设计界面风格，通过按钮（或下拉菜单）选择要产生的波形，点击“开始”后开始产生波形，并进行数据采集，采集到的数据按照图形坐标显示在计算机屏幕上，点击“停止”后立刻停止输出，重新选择波形后，再次点击“开始”即显示新的波形。

2．发挥部分（1）增加频率调节功能。

使输出到屏幕上的波形随频率值变化。

（2）增加PWM 信号，占空比可调。

缺省为50%。

（3）增加一路信号采集，旋钮电位器的输出端接到ADC0809 的IN1，地址信号ADDA、ADDB、ADDC 分别接K0,K1,K2 开关，波动开关状态为000 或001，分别选择0 通道或1 信号输出到计算机屏幕上显示。

四、设计思路微机利用软件编程，通过DAC0832 数模转换输出端口OUT2 输出0~5V 的连续模拟电压（波形），然后将此模拟电压作为ADC0809 模数转换的一路输入信号接到IN0 端口，地址信号ADDA、ADDB、ADDC 分别接K0,K1,K2 开关，选择0 通道（000），输出的八位数字信号可以连接到8255 的PA 口，控制信号接PB 口和PC 口，通过采集程序实时读取采集到得数据，并输入到微机，最后在计算机屏幕上以图形方式显示出来。