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波形发生器

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南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》任务书设计题目： 专 业： 罗金星波形发生器的 波形发生器的设计 自动化 学 号: 20084460220学生姓名: 学生姓名:起迄日期: 起迄日期 2010 年 1 月 3 日 ~ 2010 年 1 月 14 日 指导教师: 指导教师 教研室主任： 教研室主任： 李军红 李兰君《电子技术课程设计》任务书 电子技术课程设计》1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） ：设计任务与要求 设计任务与要求 设计能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。

（1）输出的各种波形工作频率范围 0.02Hz～20k Hz 连续可调； （2）正弦波幅值土 10V，失真度小于 1.5％； （3）方波幅值 10V； （4）三角波峰-峰值 20V；各种输出波形幅值均连续可调； 设计提示： 设计提示： （1） 用集成运放构成 RC 正弦波振荡器， 用反相比例放大器调整输出电压。

（2）用比较器将正弦波信号变成方波，用稳压管控制输出幅度。

（3）用积分电路将方波信号变成三角波RC振荡器比例放大器正弦波输出 方波输出 三角波输出比较器积分器2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕 ： 设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言 流畅简洁，文字不得少于 3500 字。

要求图纸布局合理，符合工程要求，使 用 Protel 软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算 依据。

3．主要参考文献：[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社 [2]孙梅生，李美莺，徐振英. 电子技术基础课程设计[M]. 北京：高等教育出版社 [3]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社 [4]康华光.电子技术基础:模拟部分. 北京:高等教育出版社,19884．课程设计工作进度计划： 序号1 2 3 4 5起 迄 日 期2011.1.3—2011.1.5 2011.1.6—2011.1.11 2011.1.12 2011.1.13 2011.1.14工 作 内 容 查阅资料、确定方案 系统设计 系统调试 撰写和整理设计报告 答辩主指导教师日期：年月日引言电子电路课程设计是建立在已学的模拟电子技术和数字电子技术课程的， 为了综合运用这两门课程所学的理论知识，这学期学校安排了这次课程设计，希 望通过这次课程设计达到以下目的： （1）通过对电子技术的综合运用，使学到的理论知识相互融泄贯通，在认识上 产生一个飞跃。

（2）初步掌握一般电子电路设计的方法，使我们得到一些工程设计的初步训练， 并为以后的毕业设计奠定良好基础。

（3）培养我们自学能力，独立分析问题、解决问题的能力。

对设计中遇到的问 题，通过独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案；对实验中碰到的一 些问题，能通过观察、分析、判断、改正、再实验、再分析等基本方法去解决。

（4）通过课程设计这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学 作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。

这次所需要设计的是一个波形发生器， 希望通过这次课设设计能达到上述目 的，下面是这次设计的具体内容。

1 设计的目的及任务1.1 设计目的 1.1.1 掌握电子系统的一般设计方法 1.1.2 掌握模拟 IC 器件的应用 1.1.3 培养综合应用所学知识来指导实践的能力 1.1.4 掌握常用元器件的识别和测试 1.1.5 熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法 1.2 设计任务 设计正弦波——方波——三角波函数信号发生器 1.3 课程设计的要求及技术指标 1.3.1 设计、组装、调试函数发生器 1.3.2 输出波形：正弦波、方波、三角波 1.3.3 频率范围 ：在 0.02HZ-20KHZ 范围内可调 1.3.4 幅值范围 ：在正负 10V 范围内可调，失真度小于 1.5%2 函数发生器的总方案及原理框图2.1 原理框图图12.2 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。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器， 使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。

为进一步掌握电路的基本理 论及实验调试技术， 本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成 的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

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。

本课题采用先产生正弦波，再将正弦波变换成方波，方波再转换成锯齿波和 三角波的电路设计方法。

3 单元电路设计 3.1 正弦波发生电路的工作原理 原理图：图 1.正弦波发生电路本电路采用的芯片为 LM324,它内部集成了 4 路运放。

本电路工作原理如下： （1）RC 正弦波振荡电路由两部分组成，即放大电路和选频网络。

放大电路为由 集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路， 其电路有输入阻抗高和输入阻抗低 的特点。

而选频网络由电容和电阻组成，同时兼做正反馈网络。

由原理图可知， 电容和电阻正好形成一个四壁电桥， 电桥的对角线顶点接到放大电路的两个输入 端，桥式振荡电路的名称由此得来。

在此电路中 R4 选 2K 电位器。

（2）由于频率的范围是 0.02HZ-20KHZ,但在实际操作中，调节一组选频网络中 的电位器难以调出那么宽的频率范围，所以设计了两个选频网络，用两组电位器 调节。

R1,R11 为 10M 电位器，R2,R9 为 10K 电位器，其中用 R1,R11 调节频率 范围 0.02HZ-2HZ，用 R2,R9 调节 2HZ-20KHZ。

如此设计以满足实际操作需要。

（3）要使电路产生振荡，即要使电路自激，则要满足产生自激振荡的条件。

对 于 RC 振荡电路来说，直流电源即是能源。

开始时要使 R4/R2 略大于 2，达到稳 态平衡状态时，使 R4/R2=2。

同时 R4 那条支路的电阻也受二极管的影响。

可以 通过调节电位器 R4 来使电路产生自激振荡。

其中所用二极管的型号为 1N4007， 作用是可以稳定输出正弦波的幅值。

（4）由于需要输出的正弦波幅值为正负 10V,电路还用了两个反串的稳压二极管，型号为 1N4740,为 10V 稳压二极管。

RC 串联选频网络具有选频作用，它的频率响应特性曲线具有明显的峰值。

由原理可知，Z1 = R +R1 1 + sCR = sC sCZ2反馈网络的反馈系数：1 R sC = = 1 1 + sCR R + sCVf ( s ) Z2 = Vo (s) Z1 + Z 2 sCR 1 + 3sCR + ( sCR) 21 1 或者f = f 0 = RC 2πRCFV ( s ) = =由上式可得ω = ω0 =由上式可得结论： 调节电位器 R1,R11 和 R2,R9 可以调节正弦波的频率，满足设计要求。

由 RC 振荡电路产生的正弦波波形如下图： （以频率为 3.16HZ 的波形为例）图 2.正弦波波形可通过调节电位器 R4 调出幅值为 10V 的正弦波。

3.2 方波发生电路的工作原理 原理图：图 3.方波发生电路如图所示，所用芯片为一个比较器芯片，型号为 LM339，它内部集成了 4 路比较器，其中 5 脚为正弦波输入端，2 脚为方波输出端，4 脚为基准电 压输入端。

比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。

比较器的基本特点： (1) 工作在开环或正反馈状态。

(2) 开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状 态。

(3) 非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。

由于 4 脚接地，此电路构成的是一个过零比较器，当 5 脚输入的是正电压， 则输出高电平，当输入的是负电压，则输出低电平。

输出的方波频率和峰值与输入信号相同，即正弦波的频率和峰值 （0.02HZ-20KHZ，正负 10V） 。

正弦波转为方波波形图如下：图 4. 正弦波转方波波形3.3 三角波发生电路的工作原理 原理图：图 5. 三角波发生电路本电路是采用积分电路将方波变为三角波。

芯片仍然使用的 LM324。

6 脚为 方波输入端，7 脚为三角波输出端，其中三角波的幅值有电阻 R8 和 R6 与 C3 的 并联电阻决定。

可通过调节 R8 来调节三角波产生的失真。

其中 R8 选 1K 电位器。

三角波发生器利用积分电路，在输入电压下的作用，电容器 C3 将以近似恒流的方式进行充电，输出电压 U 与时间 t 成线性关系： 1 U0 = − u I dt RC ∫U0 ≈ − Vi V t=− i t RC τ图 6.积分电路波形示意图在输入-U 后，电容 C 开始放电，电压按线性上升，如此周而复始，产生振 荡。

输出电压上升时间和下降时间相等，斜率绝对值也相等 在电路中积分电容 C3 并联了一个 10K 的电阻，这个电阻可用来减小电容的 容抗，减小电容容抗带来的误差，减小失真，还可用来调节三角波峰值。

方波转为三角波波形如下：图7. 方波转为三角波波形输出的三角波频率和峰值与输入信号相同，即正弦波和方波的频率和峰值（0.02HZ-20KHZ ，正负10V ）。

3.4 电路的参数选择及计算 3.4.1正弦波部分 部分 分正弦波变换电路的参数选择原则：选频网络的两组电容和电阻要大小要相同，R4的阻值要选取得大一些，不然不能产生波形，取R4为1.8K Ὼ，选频网络的电容取10uF ，通过调节电位器大小来调节正弦波的频率。

RCf π21=因为正弦波的幅度接近电源电压+V CC =+12V,-V EE =-12V ，所以增加一个10V 的稳压管， 3.4.2方波部分 部分 分方波变换电路的参数选择原则：取R5电阻限流，比较器参考电压为0V ，即可得到标准的方波。

以此来满足波形的需要。

3.5 总电路图先由振荡电路产生正弦波，经过过零比较器产生方波，最后通过积分电路产生三角波。

图8.波形发生电路仿真图4结论该设计电路通过先产生正弦波，再将正弦波变换成方波，方波再转换成三角波，最终艰难而曲折的把简易信号发生器设计了出来该设计电路的优点是输出波形的频率和幅度都连续可调。

缺点是在调节频率的过程中正弦波的幅度会有所改变，而且波形的稳定度和失真度都会有很大的变化，这也就增加了电路调节的难度。

通过波形发生器的设计，我巩固了很多知识，一方面，我更加熟悉了常用元件的识别和测试方法；熟悉了常用的仪器仪表，如示波器，数字万用表；以及如何提高电路的性能等等。

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简易波形发生器的设计

简易波形发生器的设计

XXXX学院课程设计报告课程名称：单片机课程设计院系：电气与信息工程学院专业班级：自动化09102班学生姓名： X X指导教师： X X X完成时间： 2012年6月10日报告成绩：简易波形发生器简易波形发生器是一种常用的信号源,它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。

本系统能够准确产生方波、正弦波、锯齿波及三角波。

基于数模转换芯片DAC0832技术的简易波形发生器由六个部分组成：MCU模块、波形发生模块、静态LED 数码管显示模块、键盘输入模块、在线下载模块以及电源模块。

MCU模块采用STC89C51RC 单片机进行数据处理，波形发生模块采用DAC0832及LM324进行波形发生及变换，静态LED数码管显示模块利用3位八段共阳极数码管及3个74LS164显示当前波形频率，键盘模块采取外部中断方式扫描键值，在线下载模块选用MAX232芯片进行单片机程序下载，电源模块使用三端稳压器为系统提供能源。

运用Altium Designer软件绘制了单元电路以及总体电路图，借助Proteus仿真软件对电路进行了虚拟实验，通过仿真分析，满足了课题性能指标的要求，成功地实现了简易波形发生器的设计。

关键词波形发生器；DAC0832；STC89C51RC；静态显示Simple waveform generator is a common source, it is widely used in the experiment of electronic technology, automatic control system and other scientific fields. The system can accurately produce a square wave, sine wave, sawtooth wave and triangle wave. Based on the digital-analog conversion chip DAC0832 simple waveform generator consists of six parts: MCU module, waveform generator module, static LED digital display module, keyboard input module, the download module and power supply. The MCU STC89C51RC microcontroller is for data processing. The waveform generation module which made of DAC0832 and LM324 is used to generate waveform and transform. The static LED digital display module uses three eight out common anode digital and three 74LS164 to show the current waveform frequency. The keyboard module to take external interrupt the scan key. Download module use a MAX232 chip microcontroller program download. The power supply uses three-terminal regulator to provide energy for the system. Altium Designer were used to draw a unit circuit as well as the overall circuit. With Proteus simulation software to conduct virtual experiments on the circuit, simulation analysis, to meet the requirements of the subject of performance indicators, the successful implementation of a simple waveform generator design.Keywords waveform generator ;DAC0832;STC89C51RC; static LED digital display目录摘要 (I)Abstract (II)第一章简易波形发生器的方案设计 (1)1.1简易波形发生器的方案分析与比较 (1)1.1.1 基于数模转换芯片DAC0832的简易波形发生器的设计 (1)1.1.2 基于MAX038函数发生器的简易波形发生器的设计 (1)1.1.3 基于DDS波形发生技术的简易波形发生器的设计 (2)1.2 简易波形发生器的总体结构说明 (2)第二章简易波形发生器的电路设计 (3)2.1 MCU模块 (3)2.1.1 STC89C51RC单片机 (3)2.1.2 复位电路 (5)2.1.3 时钟电路 (5)2.2 DAC0832模块 (5)2.2.1 DAC0832芯片基本介绍 (6)2.2.2 DAC0832波形发生电路 (7)2.3 静态LED数码管显示模块 (7)2.3.1 移位寄存器74LS164 (7)2.3.2 静态显示电路 (8)2.4 键盘输入模块 (8)2.5 在线下载模块 (9)2.6 电源模块 (9)2.7 总体电路说明 (9)第三章简易波形发生器的程序设计 (10)3.1系统接口定义 (10)3.2 主程序 (10)3.3 外部总中断1中断服务程序 (11)第四章简易波形发生器仿真分析 (13)4.1初始界面 (13)4.2 波形发生仿真 (13)4.2.1 正弦波的仿真分析 (13)4.2.2 锯齿波发生仿真分析 (14)4.2.3 三角波发生仿真分析 (15)4.2.4 方波发生仿真分析 (17)总结 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录1：简易波形发生器原理图 (22)附录2：简易波形发生器Protues仿真图 (23)附录3：简易波形发生器元器件明细表 (24)附录4：简易波形发生器源程序 (25)第一章 简易波形发生器的方案设计简易波形发生器是一种常用的信号源,它广泛地应用在电子技术实验、自动控制系统和其他科研领域。

波形发生器

波形发生器

波形发生器波形发生器是一种能够产生各种形式波形的仪器，通常用于电子测试与测量、通信等领域。

它能够产生各种波形，如正弦波、方波、脉冲波、锯齿波、三角波等，并可调节波形的频率、幅度、相位等参数。

在电子测试与测量中，波形发生器是一种非常重要的仪器。

本文将从波形发生器的原理、种类、应用等角度进行介绍。

一、波形发生器的原理波形发生器的原理是利用放大器和反馈电路实现的。

当输入稳定的DC偏置电压时，电路输出一个稳定的幅值和频率的信号波形。

根据不同的反馈电路，波形发生器的输出波形也会不同。

例如，正弦波的反馈路径为RC电路，三角波的反馈路径为反向绝缘栅极场效应晶体管，方波的反馈路径则为比较器等等。

二、波形发生器的种类1. 标准波形发生器标准波形发生器是目前最常见的一种波形发生器。

它能够产生多种波形，例如正弦波、方波、三角波、脉冲波等，并可调节波形的频率、幅度和相位等参数。

2. 函数波形发生器函数波形发生器不仅能够产生标准波形，还能够产生各种复杂的波形。

它通常配备了一个键盘和一块屏幕，可以通过键盘输入各种复杂的波形公式，通过程序控制产生相应的波形。

3. 数字波形发生器数字波形发生器是一种数模混合波形发生器，它采用数字方式产生波形，并将数字信号转换成模拟信号输出。

与传统的模拟波形发生器相比，数字波形发生器具有高精度、高稳定性、高精度等优点。

三、波形发生器的应用波形发生器广泛应用于电子测试与测量、通信、自动化等领域。

以下是波形发生器的主要应用：1. 信号发生器：波形发生器能够产生各种形式的信号波形，如正弦波、方波、脉冲波、锯齿波、三角波等。

这些信号波形可以用于信号生成器，如用于测试、调制解调等。

2. 测试系统：波形发生器可以与其他测量仪器一起组成测试系统。

例如，它可以与示波器或频谱仪等一起使用，用于测试和分析信号波形的性质和特征。

3. 通信系统：波形发生器能够产生各种信号波形，如数字信号、模拟信号、调制信号等，这些信号波形可以用于通信系统中。

单片机波形发生器

单片机波形发生器

前言波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。

同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。

在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。

这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 DAC的程序控制，就可以得到各种简单波形。

90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。

HP8770A实际上也只能产生8 中波形，而且价格昂贵。

不久以后，Analogic公司推出了型号为 Data-2020的多波形合成器，Lecroy 公司生产的型号为9100 的任意波形发生器等。

到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz 的DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent的产品 33220A能够产生17种波形，最高频率可达到 20M，2005 年的产品N6030A 能够产生高达 500MHz的频率，采样的频率可达 1.25GHz。

波形发生器原理

波形发生器原理

波形发生器原理波形发生器是一种能够产生各种波形信号的电子设备，它在许多电子领域中都有着广泛的应用，比如在通信、测试仪器、医疗设备等领域。

波形发生器的原理是基于信号发生器的基本原理，通过不同的电路结构和控制方式，可以产生不同类型的波形信号，如正弦波、方波、三角波和锯齿波等。

波形发生器的基本原理是利用振荡电路产生一定频率和幅度的周期性信号。

振荡电路是由放大器、反馈网络和反馈元件组成的。

当反馈网络和反馈元件满足一定的条件时，放大器就会产生自激振荡，输出一定频率和幅度的信号。

波形发生器可以通过调节反馈网络和反馈元件的参数，来改变输出信号的频率和幅度，从而实现不同类型的波形信号的产生。

在波形发生器中，常用的振荡电路包括晶体振荡器、RC振荡器和LC振荡器等。

晶体振荡器是利用晶体谐振的特性产生稳定的高频信号，适用于需要高频率和稳定性的场合。

RC振荡器是利用电容和电阻构成的振荡网络产生信号，适用于低频和中频范围。

LC振荡器则是利用电感和电容构成的振荡网络产生信号，适用于需要较高频率和较高稳定性的场合。

除了振荡电路，波形发生器还需要一些控制电路来实现对输出波形的调节和控制。

比如，通过控制电压控制振荡电路的频率和幅度，通过数字控制接口实现对波形发生器的编程控制等。

这些控制电路可以使波形发生器具有更灵活的功能，满足不同应用场合的需求。

总的来说，波形发生器是一种能够产生各种波形信号的电子设备，它的原理是基于振荡电路产生一定频率和幅度的信号，通过控制电路实现对输出波形的调节和控制。

波形发生器在电子领域中有着广泛的应用，是许多电子设备中不可或缺的部分。

希望本文对波形发生器的原理有所帮助，谢谢阅读！。