两路相位可调方波信号发生器(最终版)

信号发生器课程设计报告HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】目录一、课题名称 (2)二、内容摘要 (2)三、设计目的 (2)四、设计内容及要求 (2)五、系统方案设计 (3)六、电路设计及原理分析 (4)七、电路仿真结果 (7)八、硬件设计及焊接测试 (8)九、故障的原因分析及解决方案 (11)十、课程设计总结及心得体会 (12)一、课题名称：函数信号发生器的设计二、内容摘要：函数信号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,因而此次课程设计旨在运用模拟电子技术知识来制作一个能同时输出正弦波、方波、三角波的信号发生器。

三、设计目的：1、进一步掌握模拟电子技术知识的理论知识，培养工程设计能力和综合分析能力、解决问题的能力。

2、基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。

3、学会运用Multisim仿真软件对所做出来的理论设计进行仿真测试，并能进一步解决出现的基本问题，不断完善设计。

4、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉万用表等常用仪表，了解电路调试的基本方法，提高实际电路的分析操作能力。

5、在仿真结果的基础上，实现实际电路。

四、设计内容及要求：1、要求完成原理设计并通过Multisim软件仿真部分（1）RC桥式正弦波产生电路，频率分别为300Hz、1KHz、10KHz、500KHz，输出幅值300mV~5V可调、负载1KΩ。

（2）占空比可调的矩形波电路，频率3KHz，占空比可调范围10%~90%，输出幅值3V、负载1KΩ。

• 204•信号发生器是电子技术中一种非常典型的应用电路。

本文以双通道运算放大器READ2302G 和双D 触发器HD74LS74为主要器件，设计了一种复合信号发生器，能够产生频率和幅值可调的方波、三角波和正弦波。

系统电路在Multisim 14环境下进行了仿真分析，并采用Altium Designer16完成了电路PCB 设计，电路板经过调试能够实现既定功能。

信号发生器又称为信号源或振荡器，即能产生测试信号的仪器或者电路。

随着电子技术的发展，信号发生器在生产生活和技术研究领域有着越来越广泛的应用。

如电子专业实践教学、工业自动控制、医学研究、家用电子产品等领域，往往都要用到信号发生器。

信号发生器的设计通常基于微控制器和集成运算放大器两种。

本设计基于集成运算放大器，选用了双通道集成运算放大器READ2302G 和双D 触发器芯片HD74LS74为主要器件，综合运用了振荡电路、运算电路、分频电路、滤波电路基本原理，合理设置了信号频率和幅度调节点，具有一定的典型性。

本设计通过电路仿真分析、PCB 设计、制板调试等环节，最终制作出可输出频率和幅度可调的方波、三角波和正弦波的电路板。

1 电路设计方案1.1 整体方案本设计主要采用双通道集成运放READ2302G 和双D 触发器HD74LS74实现。

总体设计框图如图1所示，第一模块利用READ2302G 构成电压比较电路产生方波信号V o1，第二模块利用双D 触发器HD74LS74对前面方波进行四分频产生信号V o2，第三模块利用积分电路将四分频方波转换成三角波信号V o3，第四模块利用同相加法电路将四分频方波和三角波进行叠加输出信号V o4，第五模块利用有源低通滤波电路将前面输出的叠加波形转换成正弦波V o5。

图1 复合信号发生器总体框图1.2 芯片介绍READ2302G 是Renesas 公司推出的一款输入和输出全范围的CMOS 双路运算放大器，采用8-TSSOP 封装，该芯片可以实现高驱动能力，具有低功耗、低输入失调电压、低输入复合信号发生器的设计东莞职业技术学院 熊丽萍偏置电流、宽输出电压范围和高压摆率等优异性能。

0703030223信号发⽣器（⽅波）正⽂信号发⽣器（⽅波）1 绪论1.1 设计背景数字信号处理器，也称DSP芯⽚，是针对数字信号处理需要⽽设计的⼀种具有特殊结构的微处理器，它是现代电⼦技术、相结合的产物。

⼀门主流技术，随着信息处理技术的飞速发展，计算机技术和数字信号处理技术数字信号处理技术逐渐发展成为它在电⼦信息、通信、软件⽆线电、⾃动控制、仪表技术、信息家电等⾼科技领域得到了越来越⼴泛的应⽤。

数字信号处理由于运算速度快，具有可编程特性和接⼝灵活的特点，使得它在许多电⼦产品的研制、开发和应⽤中，发挥着重要的作⽤。

采⽤DSP芯⽚来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。

1.2设计⽬的1．通过课程设计加深对DSP软件有关知识的学习与应⽤。

2．学习汇编语⾔并能熟练掌握与应⽤。

3．了解定时中断原理。

1.3设计任务1. 设计⼀个信号发⽣器（⽅波）。

2. 在XF引脚上输出任意频率的⽅波。

2 设计原理及分析2.1设计原理作为本设计的核⼼器件，DSP芯⽚的运算能⼒要求⽐较⾼，同时⼜存在运算过程中⼤量数据交换的特点。

⽅波信号发⽣器是信号中最常见的⼀种，它能输出⼀个幅度可调、频率可调的⽅波信号，在科学研究及⽣产实践中均有着⼴泛应⽤。

⽬前，常⽤的信号发⽣器绝⼤部分是由模拟电路构成的，当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，⽽且体积⼤和功耗都很⼤，⽽由数字电路构成的低频信号发⽣器，虽然其低频性能好但体积较⼤，价格较贵，⽽本⽂借助DSP运算速度⾼，系统集成度强的优势设计的这种信号发⽣器，⽐以前的数字式信号发⽣器具有速度更快，且实现更加简便。

这⾥说明⼀下使⽤TI公司的DSP芯⽚TMS320C5502（以下简称5502）来产⽣⽅波信号的原理：由于产⽣⼀个⽅波信号需要有⼀个适合的定时器来重复产⽣⼀个与⽅波周期相同的计数周期，并⽤⼀个⽐较寄存器来保持调制值，因此，⽐较寄存器的值应不断与定时寄存器的值相⽐较，这样，当两个值相匹配时，就会在响应的输出上产⽣⼀个转换（从低到⾼或从⾼到低），从⽽产⽣输出脉冲，输出的开启（或关闭）时间与被调制的数值成正⽐，因此，改变调制数值，相关引脚上输出的脉冲信号的宽度也将随之改变。

西北民族大学电气工程学院课程设计说明书（2011/2012学年第二学期）课程名称：模电课程设计题目：正弦波发生器设计专业班级：10级自动化一班学生姓名：杨香林学号：P101813404指导教师：刘明华设计成绩：二〇一二年六月二十三日目录1.课程设计的目的2.课程设计内容2.1总体概述2.11 设计任务2.12 设计要求2.2系统方案分析2.3系统设计及仿真2.4硬件设计3.课程设计总结4.参考文献1、课程设计目的1．掌握电子系统的一般设计方法。

2．理解迟滞比较器的设计原理，掌握方波函数发生器的设计原理。

3．理解555定时器的工作原理，掌握多谐振荡器的设计原理。

4．熟练运用multisim仿真软件设计和仿真电路。

5．提高综合应用所学知识来指导实践的能力。

2、课程设计总文2.1总体概述2.11 设计任务使用集成运算放大器、稳压二极管、二极管、电阻等器件设计方波函数发生器。

2.12 设计要求1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；2、设计系统实现方案；3、要求占空比可调；输出电压：8V<|Vo|<15V；周期：2ms<T<10ms；4、通过multisim仿真软件进行仿真；5、记录仿真结果、修改并完善设计；6、编写课程设计报告和总结。

2.2系统方案分析迟滞比较器，是将集成运放比较器的输出电压通过反馈网络加到同相端，形成正反馈，如图2.21（a ）所示，待比较电压I 加在反相输入端。

在理想情况下，它的比较特性如图2.11（b ）所示。

由图可见，它有两个门限电压，分别称为上门限电压OHU 和下门限电压OLU ，两者的差值称为门限宽度。

图2.2(a ）图2.2（b ）设比较器输出高电平OHU ，则OH U 和refU 共同加到同相输入端的合成电压为ref2112121U R R R U R R R U OH +++=+当I ν由小增大地通过1+U 时，输出电压由OH U 下跃到OL U 。

目录1、设计原理与方法 (2)1.1、单片机系统概述 (2)1.2、80C51内部结构与引脚说明 (2)1.3、设计原理 (4)2、系统硬件线路设计图 (6)3、程序框图 (7)4、资源分配表 (8)5、源程序 (8)6、仿真结果 (12)7、性能分析 (14)8、总结与心得 (15)9、参考文献 (16)1、设计原理与方法1。

1、单片机系统概述单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit)，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。

事实上单片机是世界上数量最多的计算机.现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。

手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1—2部单片机。

而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作.汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多. 单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上.相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。

概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

1。

2、80C51内部结构与引脚说明8051的CPU包含以下功能部件：（1）8位CPU。

（2）布尔代数处理器，具有位寻址能力。

同样，测量存在 1 的计数误差，误差大小为：
| N s | 。题目中极限情况下要 Ns
-3-
求在 5MHz 、10%占空比时 达到 0.01。因此，由
| N s | 0.01 ，可求得 Ns
Ns 100 。为在 20ns 时间内计数值大于 100，时基脉冲频率需大于 5GHz。可通
图 1 系统框图
单片 机
人机 界面
二、理论分析与计算
2.1 宽带通道放大器设计 按题目的要求， 被测正弦波信号有效值范围需要为 10mVrms 至 1Vrms,频率范 围为 1Hz 到 100MHz。一般考虑用放大器进行放大，再使用门电路整形。假设门 电路输入电压超过 2V 就被识别逻辑 1 电平，则对于小信号，要使放大后能够触 发逻辑门或者缓冲器进行缓冲整形，所需放大器增益为：
dt 100% 。
| D0 D | 100% 。 D0
4.2.4 数据刷新时间测量 在本系统中单片机提供预设的闸门时间为 1.2s，实际的闸门时间约为 1.4s， 数据在单片机中处理并送去显示所需要的时间约为几 ms,总刷新时间不会超过
-6-
1.5s。 理论上 1Hz 的信号所需要的刷新时间是最多的，故在 1Hz 频率的情况下，通 过秒表测量信号的刷新时间。 4.3 测试结果及分析 4.3.1 频率和周期测量 测量数据如下表 2 所示：
图 6 系统流程图
图 7 FPGA 和单片机连接框图
-5-
四、测试方案与测试结果
4.1 测试仪器 根据题目要求，所需要的测试仪器如下表 1：
表 1 测量仪器表
序号 1 4.2 测试方案
仪器名称 双通道函数信号发生器
型号 DG4162
指标 0～160MHz

方波信号发生器——07电子马路 0736065一：实验要求。

应用上面的DDS原理，设计一个产生方波的信号发生器，占空比可调。

二：实验电路及代码说明。

顶层文件为：方波的设计过程同正弦波的基本相同，只不过不在需要rom文件，即不在需要data_rom文件了，转而用一个8位的比较器代替之。

当DDS输出的相位值大于或是等于比较器的另一输入的8位信号值，则输出为一个8位的定值“10000000”，相反当小于该值时，输出为一定值“00000000”，把这8位的信号输入到DA的8个输入端，在示波器上即可观察出方波，其占空比随输入的8个按键的高低产生变化。

比较器元件符号如下：代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CMP8B ISPORT(SET:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);DIN2:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);DOUT2:OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));END CMP8B;ARCHITECTURE ONE OF CMP8B IS为了便于观察方波的变化，这里把DDS 设置为固定频率，即相位输出为定值。

32位的高位：31～18位全零，低位：17～0位为全1。

占空比通过SET[7..0]信号调节。

时钟信号clk 用的是FPGA 芯片上的固有频率20M 。

三：仿真。

仿真时，为了提高仿真的效率，可以不加锁相环。

如下：仿真波形设置：仿真后的波形：BEGIN PROCESS(SET,DIN2) BEGIN IF DIN2>SET THEN DOUT2<="10000000"; ELSIF DIN2=SET THEN DOUT2<="10000000"; ELSE DOUT2<="00000000"; END IF; END PROCESS; END ONE;由仿真结果可知，产生了方波。

4mVPP ～ 20VPP （高阻）
主要功能
➢输出各种调制波形：调幅（AM）、调频 （FM）、调相（PM）、二进制频移键控 （FSK）、线性和对数扫描（Sweep）及 脉冲串（Burst）模式；
➢测量功能：频率、周期、占空比、正/负脉 冲宽度。 测量频率范围：100mHz ～ 200MHz
➢支持即插即用 USB 存储设备，并可通过 USB 存储设备存储、读取波形配置参数及 用户自定义任意波形。l
➢5.设置相位 (1) 按 相位 软键使其反色显示。 (2) 使用数字键盘输入“45”，选择单位 “°”，设置初始相位为 45°。
使用实例二：输出方波
➢上述设置完成后，按 View 键切换为图形显 示模式，信号发生器输出如下图所示方波
十二、使用实例三：输出脉冲波
• 输出一个频率为 5kHz，幅值为 50mVPP， 偏移量为 5mVDC，脉宽为 20 μs（占空比 为 10％），延时为 200μs 的脉冲波形。
用于调制、 外调制、深度、频 扫描及脉冲 率、调制波等参数
串的设置。 对正弦波、方波、
这三个功能 锯齿波或任意波形
只适用于通
产生扫频信号
道1
产生正弦波、方波、锯齿波、脉冲波
或任意波形的脉冲串波形输出
八、数字输入的使用
• 前面板上有 两组按键， 分别是左右 方向键和旋 钮、数字键 盘
左右方向键，用于数值不同数位 的切换；旋钮，用于改变波形参 数的某一数位数值的大小，旋钮 的输入范围是 0～9，旋钮顺时针 旋一格，数值增 1。
操作步骤： ➢1.设置频率值
(1) 按 Pulse → 按 频率/周期 软键切换， 软键菜单 频率 反色显示；
(2) 使用数字键盘输入“5”，选择单位 “kHz”，设置频率为 5kHz。

用Vrms或mVrm表示
正弦波：峰峰值为2 2 伏的正弦波 其有效值为1伏
方波：峰峰值为1伏的方波其有效值 为0.5伏
三角波：峰峰值为2 3 伏的方波其 有效值为1伏
B路设置
1、按【单频】选中【B路单频】
B 路不能进行周期设定； B路幅度设定只能用峰峰值，不能用有效值。
切换到 B路
B路只有峰峰值
A、B
【单频】：A、B路的切换。路切换
现在显示的 是A路
右侧常用按钮 【单频】：A、B路的切换。
A、B 路切换
现在显示的 是B路
【输出】：波形“输出/关闭”开关，屏幕 右下方显示“on”有波形输出，显示“off” 无波形，这时应按一下【输出】按钮。
信号输 出开关
显示“On”，A路已打开
显示绿色的选项表示选中，可更改此项值。
B路设置
【A 路谐波 】和【A B 相差 】的切换，如果要 设定A、B两路波形的相位差，则按【A 路谐波 】 按钮出现【A B 相差 】选项，如相差90°，按 90和下方单位〖°〗 或90 〖deg〗
按数字键输 入180
选择单位
按此键调为 AB相差
有效值 Vrms
信号波形
正弦波 正弦波 正弦波 正弦波 正弦波
峰值；Vrms，mVrm——有效值 【A路幅度】
和【衰减】
的切换
Vrms
mVrm： 有效值
Vpp
mVpp： 峰峰值
基础知识
峰峰值：波峰到波谷的差，PeakPeak，简写为P-P，用Vpp或 mVpp表示
交流电的有效值：有效值是根据 电流热效应来规定的，让一个交 流电流和一个直流电流分别通过 阻值相同的电阻，如果在相同时 间内产生的热量相等，那么就把 这一直流电的数值叫做这一交流 电的有效值。

模拟电路课程设计报告设计课题：信号发生器设计班级：10通信工程三班学生姓名：陶冬波学号：2010550921指导教师：设计时间：目录一、信号发生器摘要--------------------3二、设计目的---------------------3三、设计内容和要求四、设计方案------------------------------------------34.1 RC桥式正弦波产生电路--------------------------------------3 4.2方波产生电路----------------------------------------------------6 4.3三角波产生电路-------------------------------------------------84.4多用信号发生器-------------------------------------------------9五、组装调试及元件清单---------------------------105.1 测试仪器---------------------------------------------------------10 5.2信号发生器元件清单-----------------------------------------------115.3调试中出现的故障、原因及排除方法----------------------11六、总结设计电路，改进措施----------------------116.1 正弦波产生电路改进措施--------------------------------------116.2多用信号发生器改进措施---------------------------------------11七、收获和体会-----------------------------------------12八、参考文献--------------------------------------------12信号发生器设计一、信号发生器设计摘要：本设计介绍了波形发生器的制作和设计过程,并根据输出波形特性研究该电路的可行性。

方波信号发生器原理
方波信号发生器是一种电子设备，用于产生方波形状的信号。

该设备的原理是基于周期性地改变输入信号的幅值来生成方波。

方波信号有两个离散的幅值级别，通常为高电平和低电平。

方波信号发生器的基本原理是通过一个可调电路来控制一个开关，使其周期性地切换输入信号的幅值。

当开关处于打开状态时，输入信号的幅值为高电平；当开关处于关闭状态时，输入信号的幅值为低电平。

具体实现方波信号发生器的方法有许多，其中一种常见的方法是使用集成电路，如555定时器。

555定时器是一种非常常用
的集成电路，可以用作方波信号发生器。

通过调整电路中的电阻和电容值，可以控制方波信号的频率和占空比。

另一种方法是使用数字信号处理器（DSP）或微控制器来生成
方波信号。

这些设备具有高度可编程性和灵活性，可以通过软件或代码来生成方波信号。

无论使用哪种方法，方波信号发生器的原理都是基于周期性地改变输入信号的幅值。

这种周期性切换产生了有规律的方波信号，可以在各种应用中使用，如实验室测量、音频设备和通信系统。

12.内置高精度、宽频带频率计，可测量范围：100 mHz ~ 150 MHz(单通道)
13.3.5英寸彩色LCD屏幕，同时显示幅值、直流偏压和其它按键信息
14．USB接口，用于远程控制以及波形编辑
15、稳定度±20ppm
16、老化率±1ppm/year
17、精确度：设定值的±2%±1 mVpp ( 1 kHz)
18、短路保护；过载继电器自动输出禁止
附件：信号发生器设备技术要求
备注
1
信号发生器
23
外形尺寸要求：小于最好等于22cm×10cm
技术参数要求：
1.真正的双通道输出，CH2提供与CH1同规格的信号输出，
双通道支持耦合，跟踪，相位操作
2.双通道宽频率范围1uHz～25MHz（正弦波，方波），方波可调占空比1%～99%
幅值：1mVpp ~ 10 Vpp (接50Ω负载)，2mVpp ~ 20 Vpp (开路)
3.内置独立等性能双通道标准的120MSa/s采样率，10bits垂直分辨率、4k点记录长度，60MSa/s重复率，全频段1uHz分辨率
4．双通道内置标准波形：正弦波、方波、三角波、噪声波、任意波调制及其他波形AM/FM/PM/ASK/FSK/SUM/Sweep/Burst/PWM有外调制输入
5.扫频类型：线性，对数
6．PC任意波形编辑软件，DWR(直接波形重建)能力
7．全数字操作设计与旋钮微调功能
8.每通道任意波波形最大长度：8M点
9.总谐波失真：<0.075%(10Hz-20kHz,0dBm)
10.相位噪声：典型（0dBm，10kHz偏移）10MHz：<-125dBc/Hz
11.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

行与 串行两种 ，串行 、并行数据格式 与 时序 图如图２ 图３ 示 。并行装载时 ， 、 所 ４ 位控制 数据通 过Ｄ － ７ ０ ０ Ｄ 的数据 线，每 次送８ 位数据 ，分 ５ 次送完 ，并行数据装 载 格式 为 ：ｗ 是５ 相 位控 制 与３ 掉 Ｏ 位 位 电、工厂测 试 ，ｗ ４ ２ 的频 率控 卜ｗ 的３ 位 制位 ；串行 装载时 ，４ 位 的控制数据通 ０
５１ ．
【】 ２ 尹应 鹧 ， 平舟 ， 志 华． 于Ｃ ２ ３ 的Ｚ ｇ ｅ 李 郭 基 Ｃ ４０ ｉｂ ｅ 无 线 数 传 模 块 的 设 计 和 实 现 【］电子 元 器 件 应 Ｊ
用，０ ８１（］ ８２ ２０ ，０４： －１ １
【 刘 广林， ３ 】 汪秉文 ， 唐旋 来． 于Ｚ ｇ ｅ ５ 线传 感器 基 ｉＢ ｅ ； ￣ 网络 的农业环 境监测 系统设 计Ｕ ． 】 计算机 与数 字工
参考文献 【 江朝辉， １ 】 焦俊， 炜， 绍稳． 于ｚｇ 。 的农业通用 潘 李 基 ｉｂ。 无 线监测系统设计 Ｕ 安徽农 业科学， １ ， （ ： ４ 一 Ｊ ． ２ ０３ ６ ３ ９ ０ ８）１
【 巩浩， 玉贵． ４ ］ 屈 基于 短距无线通信 与３ Ｇ的无线集 中
作 者简介 ：陈建鹏 （ ９９ ） ，男 ，河北邯郸人 １７－ 硕 士研 究生，现 就读于武汉大 学电子信息学 院。
６３数据库部分 ． ７ 结 论 ． 传感 器网络 以数据为 中心，该系统 本 文针 对 农 田大 气 温 湿 度 监 测 需 构 建 目的 亦 是 获 取 相 关 传 感 数 据 ， 为 多 求 ， 提 出 了基 于 无 线 传 感 器 网 络 的监 测 尺 度 协 同 观 测 提 供 数 据 支 撑 。 因 此 ，数 方 案 ， 给 出 了传 感 器 网络 设 计 、 网关 节 据库 是本 软件 核心 。软件 使用Ｍ Ｓ Ｌ ｙ Ｑ 数 点设计和数据服 务器 的设 计实现 ，实验 据 库 ，接 收 到 的数 据 通 过 校 验 并 解 析 后 结 果表 明，本方 案能够满 足长时间 、低 存储至其 中。 功耗 、高可靠性 等观测 需求 ，在滑坡监

信号发生器<方波）1 绪论1.1 设计背景数字信号处理器，也称DSP芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术、相结合的产物。

一门主流技术，随着信息处理技术的飞速发展，计算机技术和数字信号处理技术数字信号处理技术逐渐发展成为它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。

数字信号处理因为运算速度快，具有可编程特性和接口灵活的特点，使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中，发挥着重要的作用。

采用DSP芯片来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。

1.2设计目的1．通过课程设计加深对DSP软件有关知识的学习与应用。

2．学习汇编语言并能熟练掌握与应用。

3．了解定时中断原理。

1.3设计任务1. 设计一个信号发生器<方波）。

2. 在XF引脚上输出任意频率的方波。

2 设计原理及分析2.1设计原理作为本设计的核心器件，DSP芯片的运算能力要求比较高，同时又存在运算过程中大量数据交换的特点。

方波信号发生器是信号中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的方波信号，在科学研究及生产实践中均有着广泛应用。

目前，常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，当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，而且体积大和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵，而本文借助DSP运算速度高，系统集成度强的优势设计的这种信号发生器，比以前的数字式信号发生器具有速度更快，且实现更加简便。

这里说明一下使用TI公司的DSP芯片TMS320C5502<以下简称5502）来产生方波信号的原理：因为产生一个方波信号需要有一个适合的定时器来重复产生一个与方波周期相同的计数周期，并用一个比较寄存器来保持调制值，因此，比较寄存器的值应不断与定时寄存器的值相比较，这样，当两个值相匹配时，就会在响应的输出上产生一个转换<从低到高或从高到低），从而产生输出脉冲，输出的开启<或关闭）时间与被调制的数值成正比，因此，改变调制数值，相关引脚上输出的脉冲信号的宽度也将随之改变。

目录一、概述 (2)二、技术性能指标 (2)2.1设计内容及技术要求 (2)2.2设计目的 (3)2.3设计要求 (3)三、方案的选择 (3)3.1方案一 (4)3.2方案二 (5)3.3最终方案 (6)四、单元电路设计 (6)4.1矩形波产生电路 (6)4.2三角波产生电路 (9)4.3正弦波产生电路 (11)五、总电路图 (13)六、波形仿真结果 (13)6.1矩形波仿真结果 (13)6.2三角波仿真结果 (14)6.3正弦波仿真结果 (15)6.4三种波形同时仿真结果 (15)七、PCB版制作与调试 (16)结论 (17)总结与体会 (18)致谢 (18)附录1 元件清单 (19)附录2 参考文献 (20)函数信号发生器设计报告一、概述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。

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。

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。

二、技术性能指标2.1设计内容及技术要求设计并制作一个信号发生器，具体要求如下：1、能够输出正弦波、方波、三角波；2、输出信号频率范围为1——10Hz，10——100Hz；3、输出信号幅值：方波Up-p=24V，三角波Up-p=0——20V，正弦波U>1V；4、波形特征：方波Tr<10s（100Hz，最大输出时），三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%；5、电源：±13V直流电源供电；按照以上技术完成要求设计出电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim进行必要的仿真，用PROTEL软件进行制板、焊接，然后对制作的电路完成调试，撰写设计报告测，通过答辩。

/******************************************************************************主程序部分******************************************************************************/ #include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<12864.h>#include<AD9850.h>#include<IR.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar h1[]={"CH1: Hz "};uchar h2[]={"CH2: Hz "};uchar h3[]={"Δφ: . ° "};uchar h4[]={"V1:2.3V V2:2.3V"};long int fa=1000,fb=1000,ph=0,f=0;//定义A、B通道初始频率，初始相位，频率中间变量long int ph_disp=0;//相位显示变量，实际相位增量为11.25时，控制字增量为8long int n=0;//Vol+或V ol-按下的次数，在相位显示时用uchar h=2;//定义行参数，初始显示为第二行bit H_ok=1;//行选择完成标志位bit Num_ok=1;//数字输入完成标志位bit Step_ok=1;//步进输入完成标志位bit Sel_ok=1;//选择成功标志位bit LCD_ok=1;//写LCD完成标志位bit AD9850_ok=1;//写AD9850完成标志位void change()//将实际数值在12864上显示进行要的处理{h1[7]='0'+fa/100000;h1[8]='0'+fa/10000%10;h1[9]='0'+fa/1000%10;h1[10]='0'+fa/100%10;h1[11]='0'+fa/10%10;h1[12]='0'+fa%10;if(h==1)if(Sel_ok==1) h1[15]='*';//显示当前所在行else h1[15]='-';//数字输入等待状态显示-else h1[15]=' ';//调整项不在此行显示为空h2[7]='0'+fb/100000;h2[8]='0'+fb/10000%10;h2[9]='0'+fb/1000%10;h2[10]='0'+fb/100%10;h2[11]='0'+fb/10%10;h2[12]='0'+fb%10;if(h==2)if(Sel_ok==1) h2[15]='*';else h2[15]='-';else h2[15]=' ';ph_disp=n*100*11.25;h3[6]='0'+ph_disp/10000;h3[7]='0'+ph_disp/1000%10;h3[8]='0'+ph_disp/100%10;h3[10]='0'+ph_disp/10%10;h3[11]='0'+ph_disp%10;if(h==3)if(Sel_ok==1) h3[15]='*';else h3[15]='-';else h3[15]=' ';}void LCD_Display()//12864整屏显示{change();DisplayListChar(0,0,h1);DisplayListChar(0,1,h2);DisplayListChar(0,2,h3);DisplayListChar(0,3,h4);}void H_sel()//行参数选择{switch(IRcord[2]){case 0x1b:h--;if(h<1) h=3;H_ok=1;break;//ch+ case 0x1f:h++;if(h>3) h=1;H_ok=1;break;//ch- default:break;}irpro_ok=0;}void Step_sel(void)//步进输入{switch(IRcord[2])//判断红外遥控用户码值{case 0x1a://*********************************vol+if(h==3) {ph+=8;if(ph>0xf8)ph=0;n++;if(n>31)n=0;Step_ok=1;}elseif(h==1){ph=0;n=0;fa++;if(fa>999999) fa=999999;Step_ok=1;}if(h==2){ph=0;n=0;fb++;if(fb>999999) fb=999999;Step_ok=1;}break;case 0x1e://**********************************vol-if(h==3) {ph-=8;if(ph<0)ph=0xf8;n--;if(n<0)n=31;Step_ok=1;}elseif(h==1){ph=0;n=0;fa--;if(fa<0) fa=0;Step_ok=1;}if(h==2){ph=0;n=0;fb--;if(fb<0) fb=0;Step_ok=1;}break;default:break;}irpro_ok=0;}void Num_sel()//数字输入，频率可直接数字输入，相位步进输入{switch(IRcord[2])//判断用户码值{case 0x01://****************************************1f=f*10+1;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=0;LCD_Display();}break;case 0x02://************************************2f=f*10+2;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();}break;case 0x03://************************************3f=f*10+3;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=1;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x04://************************************4 f=f*10+4;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x05://************************************5 f=f*10+5;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x06://************************************6 f=f*10+6;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x07://************************************7 f=f*10+7;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x08://************************************8 f=f*10+8;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x09://************************************9 f=f*10+9;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x00://************************************0f=f*10;if(f>999999) f=0;Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}//if(h==3){if(f>255) f=0;ph=f;LCD_Display();} break;case 0x5c:Num_ok=1;break;//********************确定case 0x57:f=f/10;if(f>999999) f=0;//***************取消Num_ok=0;Sel_ok=0;if(h==1){fa=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}if(h==2){fb=f;ph=0;n=0;LCD_Display();}break;default:break;}irpro_ok=0;}void Num_process()//数字输入处理{if(Num_ok==1){AD9850_ok=0;Reset_AD9850();Write_AD9850(ph,0x00,fa,fb);Sel_ok=1;f=0;AD9850_ok=1;}}void Step_process()//步进输入处理{if(Step_ok==1){AD9850_ok=0;Reset_AD9850();Write_AD9850(ph,0x00,fa,fb);AD9850_ok=1;}}void IR_process(void)//红外综合处理{if(irok)//如果红外信号接收好了进行红外数据处理{Ircordpro();irok=0;}if(irpro_ok)//如果红外数据处理好后进行其他工作处理{H_sel();Step_sel();Num_sel();}}void main(){Port_init();//端口初始化TIM0init();//定时器0初始化EX0init();//外部中断0初始化LCDInit();//12864初始化LCDClear();//12864清屏LCDClear();LCD_Display();//12864显示初始内容Reset_AD9850();//AD9850复位Reset_AD9850();//AD9850复位Write_AD9850(ph,0x00,fa,fb);//AD9850写初始数据delay_1ms(10);while(1){if( (Num_ok||Step_ok)||H_ok){LCD_Display();H_ok=0;Num_ok=0;Step_ok=0;}/*只有在各项输入选择完成后才更新显示内容避免12864因写数据时受其他影响而白屏*/IR_process();Num_process();Step_process();}}/*****************************************************12864显示部分(12864.h)*****************************************************/#include <reg52.h>sfr P4=0xe8;//STC89C52RC(TQFP封装)有P4口，入口地址为0xe8sbit LCD_RS = P4^0;sbit LCD_RW = P4^1;sbit LCD_E = P4^2;sbit LCD_PSB = P3^7;#define LCD_Data P2//12864数据口，并行传送#define BUSY 0x80 //12864忙信号ReadStatusLCD()//读12864状态{LCD_RS = 0;LCD_RW = 1;LCD_E = 0;LCD_Data = 0xFF;LCD_E = 1;while (LCD_Data & BUSY);LCD_E = 0;return(LCD_Data);}void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BusyC)//写指令{if (BusyC) ReadStatusLCD();LCD_Data = WCLCD;LCD_RS = 0;LCD_RW = 0;LCD_E = 1;LCD_E = 1;LCD_E = 1;LCD_E = 0;}void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD)//写数据{ReadStatusLCD(); //busy testLCD_RS = 1;LCD_RW = 0;LCD_Data = WDLCD;LCD_E = 1;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1;}void LCDClear(void)//清屏{WriteCommandLCD(0x01,1); //显示清屏WriteCommandLCD(0x34,1); //显示光标移动设置WriteCommandLCD(0x30,1); //显示开及光标设置}//显示一行字符，起始坐标为(X,Y)void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char *DData) {switch(Y){case 0:Y =0X80;break; //根据行数来选择相应地址case 1:Y=0X90;break;case 2:Y=0X88;break;case 3:Y=0X98;break;}WriteCommandLCD( Y+X , 1); //这里不检测忙信号，发送地址码X = X*2;Y = 0;while ( DData[Y] != 0 ) //若到达字符串尾则退出{if (X <= 0x0F) //X坐标应小于0xF{WriteDataLCD(DData[Y]);X++;Y++;//Delay5Ms();}else break;}}/****************************************************38KHz红外接收头部分(IR.h)东芝TC9012编码****************************************************/#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#define TURE 1#define FALSE 0#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit IR=P3^2; //红外接口,使用外部中断0unsigned char irtime;//红外用全局变量bit irok,irpro_ok;//红外接收成功标志，红外处理完毕标志unsigned char IRcord[4];32位数据码，共4个字节unsigned char irdata[33];//每个电平的持续时间void Ir_work(void);void Ircordpro(void);void tim0_isr (void) interrupt 1 using 1//定时器0中断服务函数{irtime++; //用于计数2个下降沿之间的时间}void ex0_isr (void) interrupt 0 using 0//外部中断0服务函数{static unsigned char i; //接收红外信号处理static bit startflag; //是否开始处理标志位if(startflag){if(irtime<63&&irtime>=33)//引导码TC9012的头码，9ms+4.5msi=0;irdata[i]=irtime;//存储每个电平的持续时间，用于以后判断是0还是1irtime=0;i++;if(i==33){irok=1;i=0;}}else{irtime=0;startflag=1;}}void TIM0init(void)//定时器0初始化{TMOD=0x02;//定时器0工作方式2，TH0是重装值，TL0是初值TH0=0x00; //重载值TL0=0x00; //初始化值ET0=1; //开中断TR0=1;}void EX0init(void){IT0 = 1; //外部中断0下降沿触发EX0 = 1; //使能外部中断EA = 1; //开总中断}void Ircordpro(void)//红外码值处理函数{unsigned char i, j, k;unsigned char cord,value;k=1;for(i=0;i<4;i++) //处理4个字节{for(j=1;j<=8;j++) //处理1个字节8位{cord=irdata[k];if(cord>7)//大于7值为1，和晶振有关系,12M{value=value|0x80;}else{value=value;}if(j<8){value=value>>1;}k++;}IRcord[i]=value;value=0;} irpro_ok=1;//处理完毕标志位置1}void Port_init()//端口初始化{P0=0xff;P1=0xff;P2=0xff;P3=0xff;}/***********************************************AD9850部分(AD9850.h)时钟源为12M有源晶振***********************************************/#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define Data__A P0//数据口，并行模式#define Data__B P1sbit WCLK_A= P3^0;//控制字装载时钟sbit FQUD_A= P3^1;//频率更新sbit REST_A= P3^3;//复位sbit WCLK_B= P3^4;sbit FQUD_B= P3^5;sbit REST_B= P3^6;/********************************AD9850的40位控制字(5字节)第一字节:高5位为相位控制字，低三位为电源和其他控制字，低3位一般取000********************************/uchar word_a[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};uchar word_b[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};void CHF_A(unsigned long int a)//将想要的频率和相位转为40位控制字{unsigned long int j;j=357.9139413*a; //a是A通道要输出的频率值,单位Hz，12M除以2的32次方等于357.9139413word_a[1]=j>>24;word_a[2]=j>>16;word_a[3]=j>>8;word_a[4]=j;}void CHF_B(unsigned long int b){unsigned long int k;k=357.9139413*b; //b是B通道要输出的频率值,单位Hzword_b[1]=k>>24;word_b[2]=k>>16;word_b[3]=k>>8;word_b[4]=k;}void delay_1ms(uint t){uint i,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);}void Reset_AD9850()//复位，并行模式{WCLK_A=0;WCLK_B=0;FQUD_A=0;FQUD_B=0;REST_A=0;REST_B=0;REST_A=1;REST_B=1;REST_A=0;REST_B=0;}//以并行方式同时向两个AD9850写控制字void Write_AD9850(uchar PH_A,uchar PH_B,unsigned long int FQ_A,unsigned long int FQ_B) {uint i;REST_A=1;REST_B=1;delay_1ms(100);WCLK_A=0;WCLK_B=0;FQUD_A=0;FQUD_B=0;REST_A=1;REST_B=1;CHF_A(FQ_A);CHF_B(FQ_B);word_a[0]=PH_A;word_b[0]=PH_B;for(i=0;i<5;i++){Data__A=word_a[i];Data__B=word_b[i];WCLK_A=1;_nop_();WCLK_B=1;_nop_();WCLK_A=0;_nop_();WCLK_B=0;_nop_();}FQUD_A=0;_nop_();FQUD_B=0;_nop_();FQUD_A=1;_nop_();FQUD_B=1;_nop_();Data__A=0x00;Data__B=0x00;}。

频率可调的方波信号发生器设计及电路用单片机产生频率可调的方波信号。

输出方波的频率范围为1Hz-200Hz，频率误差比小于0.5%。

要求用“增加”、“减小”2个按钮改变方波给定频率，按钮每按下一次，给定频率改变的步进步长为1Hz,当按钮持续按下的时间超过2秒后，给定频率以10次/秒的速度连续增加（减少），输出方波的频率要求在数码管上显示。

用输出方波控制一个发光二极管的显示，用示波器观察方波波形。

开机默认输出频率为5 Hz。

3.5.1模块1：系统设计（1）分析任务要求，写出系统整体设计思路任务分析：方波信号的产生实质上就是在定时器溢出中断次数达到规定次数时，将输出I/O管脚的状态取反。

由于频率范围最高为200Hz,即每个周期为5ms（占空比1:1，即高电平2.5ms,低电平2.5 m s），因此，定时器可以工作在8位自动装载的工作模式。

涉及以下几个方面的问题：按键的扫描、功能键的处理、计时功能以及数码管动态扫描显示等。

问题的难点在按键连续按下超过2S的计时问题，如何实现计时功能。

系统的整体思路：主程序在初始化变量和寄存器之后，扫描按键，根据按键的情况执行相应的功能，然后在数码显示频率的值，显示完成后再回到按键扫描，如此反复执行。

中断程序负责方波的产生、按键连续按下超过2S后频率值以10Hz/s递增（递减）。

（2）选择单片机型号和所需外围器件型号，设计单片机硬件电路原理图采用MCS51系列单片机At89S51作为主控制器，外围电路器件包括数码管驱动、独立式键盘、方波脉冲输出以及发光二极管的显示等。

数码管驱动采用2个四联共阴极数码管显示，由于单片机驱动能力有限，采用74HC244作为数码管的驱动。

在74HC244的7段码输出线上串联100欧姆电阻起限流作用。

独立式按键使用上提拉电路与电源连接，在没有键按下时，输出高电平。

发光二极管串联500欧姆电阻再接到电源上，当输入为低电平时，发光二极管导通发光。

图3-14 方波信号发生器的硬件电路原理图（3）分析软件任务要求，写出程序设计思路，分配单片机内部资源，画出程序流程图软件任务要求包括按键扫描、定时器的控制、按键连续按下的判断和计时、数码管的动态显示。