多路波形发生器及测频电路制作

VHDL多路波形发生器实验报告一、基本要求：1、对输入时钟信号进行分频，实现三路互差120°的信号。

2、实现输出信号的占空比控制clk: 输入时钟信号reset: 同步复位信号（低电平有效）div: 输入分频控制信号(注意：6n分频)ctrl: 占空比控制信号ctrl=1时, 占空比为1:1ctrl=2时, 占空比为1:2ctrl=3时, 占空比为2:1A,B,C: 三路输出信号二、设计思路:1.实验为6n分频，用变量s来控制，0~6n-1这六个数，当时钟信号每来一个上升沿时加1，当为6n-1时清零；2.定义N为常量，通过改变N的值改变分频；3.ctrl值不同时，占空比不同，用case语句控制，ctrl分别为01，10，11和其他；4.具体波形的实现用if语句，当占空比为1时，A输出信号在s=0和s=3*n时翻转，B输出信号在s=2*n和s=5*n时翻转，C输出信号在s=4*n和s=n的时候翻转。

当占空比为1：2时，A输出信号在s=0和s=2*n时翻转，B输出信号在s=2*n和s=4*n时翻转，C输出信号在s=4*n和s=0的时候翻转。

当占空比为2：1时，A输出信号在s=0和s=4*n时翻转，B输出信号在s=2*n和s=0时翻转，C输出信号在s=4*n和s=2*n的时候翻转；5.在占空比为1和1：2时，C输出信号应比B慢120度，但是实际输出超前B，所以要对C输出进行反相；同理，在占空比为2：1时，要对B、C分别进行反向。

6.用if语句判断是否复位，若非，则执行case语句。

三、流程图：四、源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity top isport(clk,reset:in std_logic;ctrl:in std_logic_vector(1 downto 0);A,B,C:out std_logic);end top ;architecture rel of top issignal temp1,temp2,temp3,temp4,temp5 : std_logic; constant N: integer:=1;signal s:integer range 0 to 6*N-1 ;beginprocess(clk,reset,ctrl)beginif (reset='0') thentemp1<='0';temp2<='0';temp3<='0';temp4<='0';temp5<='0';s<=0;elsecase ctrl iswhen "01"=>if (clk 'event and clk='1') thenif s=6*N-1 thens<=0;elses <= s+1;end if;if s=0 thentemp1<= not temp1;end if;if s=3*N thentemp1<= not temp1;end if;if s=2*N thentemp2<= not temp2;end if;if s=5*N thentemp2<= not temp2;end if;if s=4*N thentemp4<= not temp4;end if;if s=N thentemp4<= not temp4;end if;end if;temp3<= not temp4;when "10"=>if (clk 'event and clk='1') thenif s=6*N-1 thens<=0;elses <= s+1;end if;if s=0 thentemp1<= not temp1;end if;if s=2*N thentemp1<= not temp1;end if;if s=2*N thentemp2<= not temp2;end if;if s=4*N thentemp2<= not temp2;end if;if s=4*N thentemp4<= not temp4;end if;if s=0 thentemp4<= not temp4;end if;end if;temp3<= not temp4;when "11"=>if (clk 'event and clk='1') thenif s=6*N-1 thens<=0;elses <= s+1;end if;if s=0 thentemp1<= not temp1;end if;if s=4*N thentemp1<= not temp1;end if;if s=2*N thentemp5<= not temp5;end if;if s=0 thentemp5<= not temp5;end if;if s=4*N thentemp4<= not temp4;end if;if s=2*N thentemp4<= not temp4;end if;end if;temp2<= not temp5;temp3<= not temp4;when others=>temp1<='0';temp2<='0';temp3<='0';end case;end if;end process;A<=temp1;B<=temp2;C<=temp3;end rel;五、仿真波形：整体波形：当ctrl=1 当ctrl=2 当ctrl=3复位当ctrl=其他：六、实验过程遇到的问题：在程序设计时，开始不知该怎样使A,B,C互差120度，开始是想通过定义一个变量，每来一个上升沿加1，从0开始，A路信号除3n 取余为0则翻转，B路信号除3n取余为1则翻转，C路信号除3n取余为2则翻转，我觉得这样的想法应该没有错，可是实际却调不出来，可能是某处逻辑有问题，后来就模仿老师给的6分频程序，设计了现在的程序。

第1章引言1.1本课题的研究现状信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在军事技术中，都有着广泛的使用。

因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从社会实际应用角度出发都有着积极的意义。

随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要信号发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪、频谱仪及其它自动测试设备的组成部分。

信号发生器的关键技术是多种高性能仪器的支撑技术，因为它能够提供高质量的精密信号源及扫频源，可使相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。

美国安捷伦生产的33250A 型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精确和低失真的任意波形，其输出频率范围为1μHz～80MHz，而输出幅度为10mVpp～10Vpp；该公司生产的8648D射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz～4GHz。

国产SG1060数字合成信号发生器能双通道同时输出高分辨率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖范围为1μHz～60MHz；国产S1000型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用DDS和锁相技术，使频率范围从1MHz～1024MHz能精确地分辨到100Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准信号发生器。

还有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。

1.2选题目的及意义信号发生器是一种经常使用的设备，由纯粹物理器件构成的传统的设计方法存在许多弊端，如：体积较大、重量较沉、移动不够方便、信号失真较大、波形种类过于单一、波形形状调节过于死板，无法满足用户对精度、便携性、稳定性等的要求，研究设计出一种具有频率稳定、准确、波形质量好、输出频率范围宽、便携性好等特点的波形发生器具有较好的市场前景，以满足军事和民用领域对信号源的要求。

姓名学号：班级：院系：2014年4月3日多路波形发生器的制作与调试实验报告一、实验名称：PCB板焊接二、实验目的：学会1、使用刮刀和钢模印刷焊锡膏，2、使用镊子将元器件放在PCB板上， 3、使用回流焊机，4、使用调试多路波形发生器电路的波形，5、使用热风枪三、实验内容: 1.印刷焊锡膏2.放置元器件3.回流焊4.调试电路，记录数据5.使用热风枪四、实验环境：实训楼305，刮刀，钢模，回流焊机，稳压源，波形发生器，万用表，镊子，热风枪。

五、实验注意事项: 1.印刷焊锡膏，刮刀应倾斜45度。

2．注意元器件放置的方向。

3．调试电路应接入5V直流电源六、实验步骤1.焊锡膏，刮刀，多路波形发生器钢模准备如图1.1图1.2所示图1.1 刮刀图1.2 焊锡膏将钢模板放在支架上，PCB板放在钢模板的下面，对齐钢模板的窗口，将焊锡膏如图1.2倒在钢模板上（少量），用刮刀如图1.1倾斜45度角由上往下将焊锡膏通过钢模板覆盖在PCB上，做完后，检查PCB的各个焊点上有无覆盖焊锡膏。

2.放置元器件。

在PCB板弄完焊锡膏后，用镊子轻轻地将一个个元器件依次放在PCB板上，检查元器件是否有遗漏。

3.回流焊。

将元器件放置好的PCB板，小心翼翼的放入再流焊机上如图1.3，温度调到230度进行焊接。

图1.3再流焊机多路波形发生器就这样焊好了如图1.4。

图1.4 多路波形发生器4.测试电路。

任务: (1) 用示波器观察Q1、Q2基极波形。

（2）用示波器观察74HC4060 10角波形。

晶振产生信号是什么样的？正弦波还是方波？（3）用万用表测试Q1、Q2、Q3、Q4的Vbe。

将焊好的PCB板用示波器和稳压源测试波形，如图1.5和图1.6所示。

图1.5 示波器图1.6 稳压源先用万用表将稳压源调成5V，将电路板接入5V直流电，红色线接电源，黑色线接地。

示波器接入探头，一端接Q1基极，一端接地，调试示波器参数。

Q1、Q2、Q3、Q4基极波形分别如图所示。

基于51单片机的多波形发生器
return da;
}
void DAC_write(unsigned char dat)
{
IIC_Start();
IIC_SendByte(0x90);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(0x40);
IIC_WaitAck();
IIC_SendByte(dat);
IIC_WaitAck();
IIC_Stop();
}
3.实验结果与分析
3.1 实验结果
将程序下载到单片机开发板上，示波器接PCF8591模块的UOUT引脚，初始状态下，示波器显示方波，可以通过KEY1/KEY5调节幅度，KEY2/KEY6调节频率，KEY3/KEY7调节占空比.按下KEY4，每按一下，波形变化一次，循环显示正弦波、三角波、锯齿波、方波、梯形波，如下面图片所示。

第一次按下KEY8显示方波频率信息，再次按下，数码管闪烁，表示此时可以通过按键KEY2/KEY6设置任意频率，设置完成后，再次按下KEY8,保存设置的频率，退出数码管显示界面，数码管全部熄灭，数码管显示部分如下图13。

实物连接图如图14。

图8 方波
图9 三角波图10 锯齿波图11正弦波
图12 梯形波
图13 频率显示界面
图 14 实物连接图
3.2实验中遇到的问题
（1）在设计独立按键部分时，出现一段时间按键有效，一段时间按键无效，。

实验四波形发生与扫频信号发生器电路设计一、实验目的：学习用VHDL设计波形发生器和扫频信号发生器，掌握FPGA对D/A 的接口和控制技术，学会LPM_ROM在波形发生器设计中的实用方法。

二、原理说明：如图11-1所示，完整的波形发生器由4部分组成：∙FPGA中的波形发生器控制电路，它通过外来控制信号和高速时钟信号，向波形数据ROM发出地址信号，输出波形的频率由发出的地址信号的速度决定；当以固定频率扫描输出地址时，模拟输出波形是固定频率，而当以周期性时变方式扫描输出地址时，则模拟输出波形为扫频信号。

∙波形数据ROM中存有发生器的波形数据，如正弦波或三角波数据。

当接受来自FPGA的地址信号后，将从数据线输出相应的波形数据，地址变化得越快，则输出数据的速度越快，从而使D/A输出的模拟信号的变化速度越快。

波形数据ROM可以由多种方式实现，如在FPGA外面外接普通ROM；由逻辑方式在FPGA中实现（如例11-1）；或由FPGA中的EAB模块担当，如利用LPM_ROM实现。

相比之下，第1种方式的容量最大，但速度最慢；，第2种方式容量最小，但速度最最快；第3种方式则兼顾了两方面的因素；∙D/A转换器负责将ROM输出的数据转换成模拟信号，经滤波电路后输出。

输出波形的频率上限与D/A器件的转换速度有重要关系，本例采用DAC0832器件。

DAC0832是8位D/A转换器，转换周期为1µs，其引脚信号以及与FPGA 目标器件典型的接口方式如附图2-15所示。

其参考电压与＋5V工作电压相接（实用电路应接精密基准电压）。

DAC0832的引脚功能简述如下：∙ILE（PIN 19）：数据锁存允许信号，高电平有效，系统板上已直接连在＋5V上。

∙ WR1、WR2（PIN 2、18）：写信号1、2，低电平有效。

∙ XFER(PIN 17)：数据传送控制信号，低电平有效。

∙ VREF（PIN 8）：基准电压，可正可负，－10V～＋10V。

555多路波形发生器是一种广泛应用于电子技术领域的信号源，它可以产生多种不同频率和幅度的波形信号。

该系统具有多种功能，如产生方波、三角波、锯齿波等，同时还可以通过外部控制实现频率和幅度可调。

下面将详细介绍555多路波形发生器的系统功能及设计原理。

一、系统功能产生多种波形555多路波形发生器可以产生方波、三角波、锯齿波等多种波形。

这些波形在电子技术领域有着广泛的应用，如测试电路性能、控制电机等。

频率和幅度可调通过外部控制，555多路波形发生器的频率和幅度可以调节。

这使得该系统具有很高的灵活性，可以根据不同的应用需求产生不同的波形信号。

多路输出555多路波形发生器具有多路输出，可以同时产生多个不同频率和幅度的波形信号。

这使得该系统在多通道应用中具有很高的优势。

稳定性好由于采用了先进的电路设计和制造工艺，555多路波形发生器的稳定性非常好。

即使在长时间工作或恶劣环境下，也能保持稳定的输出性能。

二、设计原理电路组成555多路波形发生器主要由以下几个部分组成：触发器、比较器、放电管、电阻和电容等。

这些元件通过电路连接，形成了一个完整的信号发生器。

工作原理当触发器接收到一个外部信号时，会触发比较器产生一个脉冲信号。

这个脉冲信号通过放电管和电阻电容网络，产生一个具有特定频率和幅度的波形信号。

同时，通过外部控制，可以调节比较器的阈值电压，从而改变波形信号的频率和幅度。

波形生成通过调整放电管和电阻电容网络的参数，可以生成方波、三角波、锯齿波等多种波形。

具体来说，当放电管导通时，电容通过放电管放电，产生一个下降沿；当放电管截止时，电容通过电阻充电，产生一个上升沿。

通过调整放电管和电阻的参数，可以改变上升沿和下降沿的斜率，从而生成不同的波形。

频率和幅度调节通过外部控制，可以调节比较器的阈值电压，从而改变波形信号的频率和幅度。

具体来说，当阈值电压升高时，比较器产生的脉冲信号频率降低；当阈值电压降低时，比较器产生的脉冲信号频率升高。

多波形信号发生器设计一、简介设计一个能够产生多个信号输出的信号发生器，要求输出波形分别为方波、三角波、正弦波。

特别适合电子爱好者或学生用示波器来做观察信号波形实验。

该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。

它是基于ne555计时器接成振荡器工作形式和电容积分而产生的波形。

其工作频率为1KHz左右，调节滑动变阻器可改变振荡器的频率。

波形发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。

可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它的应用非常广泛。

它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。

目前我国己经开始研制波形发生器，并取得了可喜的成果。

但总的来说,我国波形发生器还没有形成真正的产业。

就目前国内的成熟产品来看,多为一些PC仪器插卡，独立的仪器和VXI系统的模块很少，并且我国目前在波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。

二、设计目的1、掌握方波—三角波——正弦波函数发生器的原理及设计方法。

2、掌握ne555计时器工作原理和各种电子器件的简单认识。

3、能够独立的进行电路板焊接和电路检查与故障排除。

4、学会用示波器来观察发生器的波形输出并作出判断。

三、硬件介绍及其原理1、元件列表ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。

ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。

ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。

其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。

内部结构和工作原理都相同。

ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k 电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555.ne555属于cmos工艺制造.NE555引脚图介绍如下1地GND2触发3输出4复位5控制电压6门限(阈值）7放电8电源电压Vcc应用十分广泛.下面是一个简单的ne555电路应用内部结构几种工作形式第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1和1.1.2为代号。

多路波形发生器的设计与实现引言多路波形发生器是一种能够同时输出多种不同信号波形的设备。

它的设计与实现涉及到信号发生器、电路设计以及软件编程等多个方面的知识。

本文将详细探讨多路波形发生器的设计与实现过程。

设计要求在设计多路波形发生器时，需要满足以下要求： 1. 能够同时输出多路信号波形；2. 支持多种常见的信号波形，例如正弦波、方波、三角波等；3. 能够调节不同信号波形的频率、幅度和相位等参数；4. 需要提供友好的用户界面，方便用户进行操作；5. 设备的输出稳定性和精度要求较高。

设计方案基于以上设计要求，我们可以采用以下设计方案来实现多路波形发生器：电路设计模拟信号生成电路1.使用数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号；2.通过运放电路放大模拟信号，并根据用户设置的幅度参数进行调节；3.按照用户设置的频率参数生成模拟信号的周期性变化。

控制电路设计1.使用微控制器或FPGA作为控制核心，负责接收用户的输入，控制信号的生成和输出等操作；2.通过按键、旋钮或者触摸屏等输入设备与用户进行交互；3.控制电路还需要生成相位差来实现多路信号波形的同步输出。

软件编程1.使用适当的编程语言开发控制软件，实现用户界面的设计和数据的处理；2.根据用户输入的参数，生成对应的波形参数，并通过控制电路输出；3.控制软件还需要实现相位差的计算和同步输出的控制。

实现步骤下面将介绍具体的实现步骤：步骤一：电路设计与组装1.根据电路设计方案，选择合适的元器件，设计并制作模拟信号生成电路；2.设计并制作控制电路，使其能够与模拟信号生成电路有效地协作；3.对于大规模的多路波形发生器，可能需要使用多个模块进行串联或并联。

步骤二：软件编程与调试1.根据设计方案，使用适当的编程语言进行控制软件的开发；2.实现用户界面的设计，包括输入参数的显示和调节；3.编写波形参数生成的算法，并将生成的参数发送给控制电路；4.调试软件功能及与控制电路之间的通信问题。

简易多波形信号发生器电路设计信号发生器在电子实验中作为信号源，通常用得多的是正弦波、三角波、方波以及用作触发信号的脉冲波。

本次制作的是能产生九种波形的信号发生器。

设计目标是简单易制、工作可靠、信号频率在音频范围连续可调，即20Hz～20KHz，输出信号电压能与TTL电平兼容。

电路中采用了两块CMOS数字集成电路74C04（内含六个反相器）和74C14（内含六个带施密特电路的反相器）。

电路见图1，由反相器IC1的a、b、c三个并连，和电阻W1+R1、电容C1、C2、C3构成振荡器以产生三角波，振荡频率计算公式为f=1/1.7RC。

振荡频率分为×10、×100、×1k三段、用开关K2改变接入的电容量粗调频率，由电位器W1细调20~200Hz、200~2kHz、2k~20kHz，覆盖音频频段。

三角波经射极跟随器T2输出，约3VP-P。

此三角波经施密特触发器IC2a整形为方波，再经IC2b~f并联输出（多个门电路并联以提高驱动能力），其电平兼容TTL。

IC1d、IC1e~f构成两级线性放大器，用于将三角波整形为模拟正弦波，原理是利用放大器饱和将三角波的尖端限幅为圆形，再经射极跟随器T1输出，约6.5VP-P。

当波形选择开关K3将电阻R2和二极管D1或D2接入电路时，输出的方波被整流为正电压或负电压加到三角波发生器的输入端，构成压控振荡器（VCO），从而获得极性不同的锯齿波或脉冲波，脉冲宽度取决于电阻R2和积分电容的大小。

如此构成一个实用的多波形信号发生器，开关K3是波形选择开关，其位置与波形的关系见附表。

积分电容C1、C2、C3选用温度特性好的薄膜电容，容量值要求准确，每组电容器由两个电容器并联以得到需要的数值，需用数字万用表的电容档精选，才能保证三条频率刻度的—致性。

电容C4、C5一定要用无极性电容，可用两个4.7μ有极性电介电容同极性串连代替。

电容C6、C7用钽电介。

图1中未注明电压的电容器均选用50V。