函数信号发生器设计任务书
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函数信号发生器的设计说明设计说明:函数信号发生器一、引言二、设计目标1.实现多种基础波形的产生,包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
2.实现复杂信号的产生,如脉冲信号、调频信号、调幅信号等。
3.提供可调节的信号频率、幅度、相位等参数。
4.具备高稳定性和低失真度的特点。
三、系统架构系统主要由以下模块组成:1.控制模块:负责接收输入的指令、参数,并对其他模块进行控制。
2.信号生成模块:负责产生各种类型的基础波形信号和复杂信号。
3.波形控制模块:负责对生成的信号进行频率、幅度、相位等参数的调节和控制。
4.输出模块:负责将生成的信号输出到外部设备。
四、关键技术1.时钟模块:使用高精度稳定的时钟源来提供基准时钟信号,用于信号的定时和同步。
2.数字信号处理芯片:通过运算、变换等算法实现各种基础波形信号的产生,可以实时调节频率、幅度等参数。
3.数字模拟转换模块:将数字信号转换为模拟信号,并输出到外部设备。
4.软件算法:基于不同的波形类型,设计相应的算法来生成信号,并实现参数的实时调节。
五、设计流程1.确定系统的整体架构和功能模块划分。
2.根据每个模块的功能需求和接口特点,选择合适的硬件和软件实现方案。
3.实现控制模块,包括指令的解析、参数的读取和传递等。
4.实现信号生成模块,根据不同的波形类型和参数要求,设计相应的算法实现信号的产生。
5.实现波形控制模块,设计参数的调整和控制界面,并与信号生成模块进行交互。
6.实现输出模块,将产生的信号转换为模拟信号,并输出到外部设备。
7.进行系统整体调试和测试,确保各个功能模块正常工作。
8.优化系统性能和稳定性,提高波形的准确度和控制精度。
六、预期效果本设计实现的函数信号发生器具备以下优势:1.具备多种基础波形和复杂信号的产生功能,可满足不同场合的需求。
2.通过软件算法,实现参数的实时调节和控制,提供灵活的操作界面。
3.采用高精度时钟源和数字信号处理芯片,保证信号的稳定性和精确度。
摘要:本作品以ATmega16单片机为控制核心,产生各种波形(如正弦波等)的数字信号,利用DAC0832芯片把各种数字信号进行D/A转换,转换成模拟信号,然后再经过LM324进行放大,从而输出各种信号。
关键词:ATMEGA16,DAC0832,LM324,A/D转换,波形;设计要求:1.基本要求(1)能输出频率f=20Hz~2kHz并连续可调的正弦波,三角波和方波。
正弦波:峰-峰值 Vp-p ≈3V; 三角波:Vp-p≈5V; 方波: Vp-p≈10V(2)能输出频率f=20Hz~500Hz并连续可调的锯齿波和矩形波锯齿波:Vp-p≈3V ,负斜率连续可调;矩形波:Vp-p≈12V,占空比为50%~90%并连续可调2.扩展功能(1)增加其他输出波形产生电路,如阶梯波等。
(2)可通过键盘设定信号输出频率,并加入显示电路,将测试频率结果显示出来。
(3)正弦波和脉冲波的频率可自动步进,步长为1 Hz。
(4)正弦波和脉冲波的幅度可步进调整,调整范围为100mV~3V,步长为100 mV。
(3)可以根据用户设计需求产生任意波形。
具体方案:采用直接数字频率合成,用单片机作为核心控制部件,产生各种波形(如正弦波等)的数字信号,利用DAC0832芯片把各种数字信号进行D/A转换,转换成模拟信号,然后再经过LM324进行放大,从而输出各种信号。
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。
与微处理器完全兼容。
这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。
D/A 转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到 3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
《电路与模拟电子技术》课程设计任务书低频函数信号发生器的设计任务和要求:1 设计并制作能产生正弦波、矩形波(占空比可调)和锯齿波等多种信号的函数信号发生器。
2 主要技术指标和要求(1)输出的各种信号波形工作频率范围10Hz~10kHz,连续可调;(2)输出的各种信号波形幅值0~10V,连续可调。
高精度60Hz信号频率,经电容C3耦合到运放器741的②脚进行信号放大,然后从741的⑥脚输出。
调节电位器RP时,XS1插口输出0~1V,XS2插口输出0~0.1V的低频信号。
其实,C2、C5为电源滤波电容。
c3、C6为741的输入、输出耦合电容。
R5、R4为高频补偿电路。
R2、R4构成分压衰减电路。
R6为反馈电阻用以提高电路的稳定度。
CD4060各脚的输出频率:③脚为2Hz,②脚为4Hz,⑥脚为240Hz,④脚为480Hz,⑤脚为960Hz,⑦脚为1920Hz。
1 画原理图本设计中要求用Protel软件完成原理图以及PCB板。
我用的是Protel2004版本。
电路原理图的设计是印制电路板设计中的第一步,也是非常重要的一步。
电路原理图设计得好坏将直接影响到后面的工作。
首先,原理图的正确性是最基本的要求,因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的;其次,原理图应该布局合理,这样不仅可以尽量避免出错,也便于读图、便于查找和纠正错误;最后,在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。
电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤:1、设置电路图纸参数及相关信息根据电路图的复杂程度设置图纸的格式、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息,为以后的设计工作建立一个合适的工作平面。
2、装入所需要的元件库将所需的元件库装入设计系统中,以便从中查找和选定所需的元器件。
3、设置元件将选定的元件放置到已建立好的工作平面上,并对元件在工作平面上的位置进行调整,对元件的序号、封装形式、显示状态等进行定义和设置,以便为下一步的布线工作打好基础。
《模拟电子技术基础》课程设计任务书设计题目设计制作一个方波/三角波/正弦波/锯齿波函数发生器。
设计任务和要求:①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调;②正弦波幅值为±2V;③方波幅值为2V,占空比可调;④三角波峰-峰值为2V;⑤锯齿波峰-峰值为2V;⑥设计电路所需的直流电源可用实验室电源。
实验仪器设备:示波器,万用表,直流稳压源,毫伏表设计步骤与要求:(1)根据设计要求,查阅相关资料,提出理论设计方案,画出电路原理图;(2)根据已知条件及性能指标要求,选择元器件的型号及参数,画出电路连线图;(3)使用multisim软件在电脑上仿真电路;(4)测试性能指标,调整与修改元件参数值,使其满足电路设计要求,将修改后的元件参数值标在设计的电路图上,并列出材料清单。
(5)将元器件安装在实验箱上,确认布线合理后再通电调节、测试。
(6)上述各项完成后,再进行一些实验研究和讨论。
(7)所有实验完成后,写出规范的设计报告。
目录1 函数发生器的总方案及原理框图 (4)1.1函数发生器的总方案论证 (4)1.2原理框图 (4)2设计的目的及任务 (5)2.1 课程设计的目的 (5)2.2 课程设计的任务与要求 (5)2.3 课程设计的技术指标 (5)3元器件选择 (6)4 各组成部分的工作原理及实现功能4.1 方波发生电路的工作原理 (6)4.2 方波---三角波转换电路的工作原理 (7)4.3 三角波---正弦波转换电路的工作原理 (10)4.4电路的参数选择及计算 (12)4.5 总电路图 (13)5电路的安装与调试 (14)5.1 方波---三角波发生电路的安装与调试 (14)5.2 三角波---正弦波转换电路的安装与调试 (14)5.3 总电路的安装与调试 (14)5.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法 (14)6 实验总结 (15)7参考文献 (16)1.函数发生器总方案及原理框图1.1函数发生器的总方案论证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。
电子线路课程设计——函数信号发生器电气与信息工程系电子信息工程技术班级:电信 0801 班设计人:唐淋学号: 0840*******指导老师:雷美艳老师同组搭档:胡桂彪刘忠前言近这些年来,计算机技术进入了前所未有的快速发展时期。
而特别高集成电路作为一个子系统的应用,发展更是迅速,已成为新一代电子设备不可缺少的核心部件,其在现实生活中的运用也是非常普遍。
在科学研究、工程教育及生产实践中,如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域,常常需要用到低频信号发生器。
在日常维修、教学和科研中,函数信号发生器也是不可缺少的工具。
而在我们生活中,以及一些科学研究中,锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。
譬如在示波器、电视机等仪器中,为了使电子按照一定规律运动,以利用荧光屏显示图像,常用到锯齿波产生器作为时基电路。
函数发生器作为一种通用的电子仪器,在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。
但市面上能看到的电子仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。
加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产,都使我们研制一种高精度、宽频带,能产生多种波形并具有程控等多功能函数发生器成为可能。
随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展,促使信号发生器种类益增多,性能日益提高,尤其随着70年代微处理器的出现,更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。
现在,许多信号发生器除带有微处理器,因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外还带有IEEE-488或RS232总线,可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。
当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展。
我们长期使用的信号发生器,大部分是由模拟电路构成的,这类仪器作为信号源,频率可达上百MHz,在高频范围内其频率稳定性高、可调性好。
课程设计2008年7月19日大庆石油学院课程设计任务书课程低频与数字电路课程设计题目函数信号发生器设计主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容:设计能产生方波、三角波及正弦波等多种波形信号的信号发生器。
基本要求:1.在给定的±12V直流电源电压条件下,使用运算放大器设计一个函数信号发生器。
2.信号频率:1kHz~10kHz。
3.方波:Vp-p≤24V,上升和下降时间:≤10ms;三角波:Vp-p≤6V,三角波失真度:≤2%;正弦波:Vp-p>1V,正弦波失真度:≤5%。
主要参考资料:[1] 童诗白华成英.模拟电子技术基础北京:高等教育出版社,2001.[2] 彭介华电子技术课程设计指导北京:高等教育出版社,1997.[3] 孙梅生电子技术基础课程设计北京:高等教育出版社,1998.[4] 高吉祥电子技术基础试验与课程设计北京:电子工业出版社,2005.[5] 梁恩主梁恩维著《Protel 99SE电路设计于仿真应用》清华大学出版社2000完成期限2008.7.19指导教师专业负责人2008年7月10日一、任务技术指标1:在给定的±12V直流电源电压条件下,使用运算放大器设计一个函数信号发生器。
2:信号频率:1kHz-10kHz。
3:方波:Vp-p≤24V,上升和下降时间:≤10ms;三角波:Vp-p≤6V,三角波失真度:≤2%;正弦波: Vp-p>1V,正弦波失真度:≤5%;二、总体设计思想1.基本原理函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。
电路形式可以采用由运放及分立元件构成;也可以采用单片机集成函数发生器。
根据用途的不同,有产生三种或多种波形的函数发生器。
本实验采用由运算放大器电路及分立元件构成的函数发生器。
由下图可知本系统是由积分器和比较器同时产生三角波和方波。
其中比较器起电子开关的作用,将恒定的正、负极性的电位交替地反馈积分器去积分而得到三角波。
大庆石油学院课程设计课程电子技术课程设计题目函数信号发生器院系电气信息工程学院测控系专业班级指导教师曹广华(教授) 邹彦艳(讲师)2009年7 月3 日大庆石油学院课程设计任务书课程电子技术课程设计题目函数信号发生器专业测控技术与仪器1、电路设计:查阅资料完成函数信号发生器和测量放大器的设计任务。
信号发生器要求输出方波、正弦波、三角波,电路供电电源为V±。
测量放大器12双端输入单端输出,高精度、高共模抑制比。
2、电路焊接练习:本次课程设计需要完成两个电路焊接任务,电路一,占空比可调的波形发生器;电路二,收音机电路焊接与安装。
二、基本要求:函数信号发生器设计要求:1、输出频率在1K~10KH Z范围内连续可调;2、方波输出电压峰—峰值为12V,占空比可调范围30%~70%,三角波输出电压峰—峰值为8V(误差<20%),正弦波电压峰—峰值V1≥,无明显失真;3、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、无源元器件计算数值,有源元件给出芯片引脚图,表明管脚。
测量放大器设计要求:1、双端输入单端输出,高精度、高共模抑制比;2、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理,有源元件给出芯片引脚图,表明管脚。
三、主要参考资料:[1] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2001.[2] 冯民昌.模拟集成电路系统[M].中国铁道出版社,1998.[3] 赵保经.中国集成电路大全[M].国防工业出版社,1985.[4] 王文秀.电子元器件[M].人民邮电出版社,1985.完成期限2009.6.29—2009.7.10指导教师曹广华邹彦艳专业负责人曹广华2009年6月20日目录1、函数信号发生器设计 (1)1.1、设计要求 (1)1.2、设计方案 (1)2、测量放大器电路设计 (3)2.1、设计要求 (3)2.2、设计方案 (3)2.3、单元电路设计及元器件选择 (5)3、电路焊接练习 (5)3.1、占空比和频率独立可调的脉冲发生器 (5)3.2、收音机 (6)4、总结 (7)参考文献 (8)1、函数信号发生器设计1.1、设计要求1、输出频率在1K~10KH Z范围内连续可调;2、方波输出电压峰—峰值为12V,占空比可调范围30%~70%,三角波输出电压峰—峰值为8V(误差<20%),正弦波电压峰—峰值V1,无明显失真;3、画出设计电路的电路图、写明电路工作原理、无源元器件计算数值,有源元件给出芯片引脚图,表明管脚。
目录一、设计的任务和要求............................................................................二、已知条件...................................................................三、函数发生器的具体方案...................................................................1 总的原理框图及总方案..............................................................2 各组成部分工作原理.................................................................. 3总电路图........................................................................................四、电路的参数选择与仿真.................................................................五、实验结果分析..............................................................附录:电路原理和元器件列表..........................................................................................一.设计的任务和要求1.设计任务设计方波—三角波—正弦波函数信号发生器2.设计目的(1)巩固和加深对电子电路基本知识的理解,提高综合运用本课程所学知识的能力。
(2)培养根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己分析并解决问题的方法。
(3)通过电路方案的分析、论证和比较,设计计算和选取元器件;初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
(4)了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范,能按设计任务书的要求,完成设计任务,编写设计说明书,正确地反映设计与实验的成果,正确地绘制电路图等。
(5)培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
3. 性能指标要求(1)输出波形:正弦波、方波、三角波等;(2)频率范围:10Hz~500Hz;(3)输出电压:方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V;波形特征:方波tr<100μS,三角波失真系数THD<2%,正弦波失真系数THD<5%。
二、已知条件:双运放358一只、三极管3DG6四只(β约为60)三、函数发生器的具体方案1. 总的原理框图及总方案图1 函数信号发生器原理图多波形信号发生器方框图如图1所示。
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。
并采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法:由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
设计差分放大器时,传输特性曲线要对称、线性区要窄,输入的三角波的的幅度U m应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
2. 各组成部分的工作原理2.1 方波---三角波转换电路的工作原理图2 方波-三角波转换电路图2为方波-三角波转换电路,其中运算放大器用双运放uA741。
工作原理如下:若a 点断开,运算发大器A 1(左)与R 1、R 2及R 3、RP 1组成电压比较器,C 1为加速电容,可加速比较器的翻转。
运放A 2(右)与R 4、RP 2、C 2及R 5组成反相积分器,其输入信号为方波Uo 1,则积分器的输出电压Uo 2为214221()O O U U dt R RP C -=+⎰当1O CC U V =+时,2422422()()()CC CCO V V U t t R RP C R RP C -+-==++当1O EE U V =-时,2422422()()()CC EE O V V U t t R RP C R RP C --==++由此可见积分器在输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波,其波形关系如下图3所示图3 方波--三角波波形关系若a 点闭合,即比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波-三角波。
三角波的幅度为:2231O m CC R U V R RP =+方波-三角波的频率f 为: 3124224()R RP f R R RP C +=+由以上两式可以得到以下结论:1. 电位器RP 2在调整方波-三角波的输出频率时,不会影响输出波形的幅度。
若要求输出频率的范围较宽,可用C 2改变频率的范围,PR 2实现频率微调。
2. 方波的输出幅度应等于电源电压+Vcc 。
三角波的输出幅度应不超过电源电压+Vcc 。
电位器RP 1可实现幅度微调,但会影响方波-三角波的频率。
2.2 三角波—正弦波转换电路工作原理图4 三角波—正弦波转换电路图(4)为实现三角波—正弦波变换的电路。
其中Rp3调节三角波的幅度,Rp4调整电路的对称性,其并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。
电容C3,C4,C5为隔直电容,C6为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。
三角波-正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。
差分放大器采用单入单出方式。
三角波-正弦波波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
差分放大器传输特性曲线的非线性及三角波-正弦波变换原理如下图:图5 三角波-正弦波变换原理分析表明,传输特性曲线的表达式为:022/1id T C E U U aI I aI e ==+ 011/1id TC E U U aI I aI e -==+ 上式中:/1C E a I I =≈;0I —差分放大器的恒定电流;T U —温度的电压当量,当室温为25℃时,U T ≈26mV 。
如果U id 为三角波,设表达式为44434m idm U T t T U U T t T ⎧⎛⎫- ⎪⎪⎪⎝⎭=⎨-⎛⎫⎪- ⎪⎪⎝⎭⎩ 022T t T t T ⎛⎫≤≤ ⎪⎝⎭⎛⎫≤≤ ⎪⎝⎭式中:Um —三角波的幅度;T —三角波的周期。
为使输出波形更接近正弦波,由图5可知: (1) 传输特性曲线越对称,线性区越窄越好;(2) 三角波的幅度Um 应正好使晶体管接近饱和区或截止区。
3.总电路图整个设计电路如图6所示:图6 方波—三角波—正弦波函数信号发生器四、电路的参数选择与电路仿真本课题采用Multisim 7作为仿真软件。
Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
Multisim 7通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路;通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为;借助高级电路分析, 理解基本设计特征;本课题使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路行为进行仿真。
1.方波--三角波部分参数选择:取才C2=0.47μF, C2的取值很重要,按照你电阻的值,要取相应的值,取值不对,会直接影响到你波形输出与否。
调节RP1和RP2,微调Rp1,使三角波的输出幅度满足设计要求,调节Rp2,则输出频率在对应波段内连续可变。
方波-三角波电路的仿真:在Multisim 7中按方波-三角波转换电路图(图2)接线。
调节Rp1和Rp2到设定值,检查无误后,在正确位置接上示波器观察输出波形。
仿真电路图如下:图7 方波—三角波仿真电路图2.三角波--正弦波部分参数选择:C4=470Μf,C5=C6=0.1μF;R6= 5.1KΩ(R6阻值只要大于5)三角波--正弦波电路的仿真:在Multisim 10.1中按方波-三角波转换电路图(图4)接线。
保证参数正确,检查无误后,在正确位置接上示波器观察输出波形。
仿真电路图如下:图8 三角波—正弦波仿真电路图方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图如下:图9 方波—三角波—正弦波函数发生器仿真电路图五、实验结果分析方波—三角波—正弦波函数发生器电路是分成两个部分来做的,先做方波—三角波产生电路,再做三角波—正弦波变换电路,然后把两张图用线连接成一张完整的大图。
方波—三角波产生电路中的C1其实可以去掉不要的,如果要用的话,取值要比较小,这样才不会影响电路。
我的RP2的阻值是200Ω,开始设置的C2是0.1μF,但是总是出不来波形,后来老师说,C2的值太小了。
经过我多次的试验,发现0.47μF是最为合适的。
最后还要调节RP1和RP2,确保频率范围为10Hz~500Hz。
三角波—正弦波变换电路中C1=470μF,C5=C6=0.1μF,R6=5.1KΩ。
R6开始设的值是3.3KΩ,然后仿真就是没有波形出来,问了同学,研究了一会儿,也才知道,R6的阻值必须要大于5KΩ,这样之后才有波形出来了。
最后还是一样的,调节Rb1,,测试频率范围。
最后当两张图连在一起之后,不仅要看波形,还要测试输出电压:方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V。
当一切要求都满足之后,所有的函数发生器设计就完成了。
像做这种实验,要的必须是耐心,还有朋友的帮助,老师的指导,必须做到齐心协力,否则成功的几率是非常小的。
附录1:电路原理图附录二:元器件清单直流稳压电源:一台低频信号发生器:一台低频毫伏表:一台双踪示波器:一台万用表:一块晶体管图示仪:一台失真度测试仪:一台电阻:100Ω:1个1KΩ:2个2KΩ:2个3.3KΩ:1个5.1KΩ:3个10KΩ:3个20 KΩ:2个滑动变阻器:47KΩ:2个200KΩ:一个1KΩ:一个电容:0.1μF:两个0.47μF:一个10μF:一个470μF:一个三极管3DG6:四个双运放358:一只。