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绪论波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各类电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。
目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限。
而由硬件电路组成的低频信号其性能难以人中意，而且由于低频信号源所需的RC专门大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。
一旦工作需求功能有增加，那么电路复杂程度会大大增加。
那个地址介绍一个以STC89C52单片机为核心设计的低频函数信号发生器。
信号发生器采纳数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自概念波形,如正弦波、方波、锯齿波、三角波、梯形涉及其他任意波形，波形的频率在必然范围内可任意改变。
波形和频率的改变通过软件实现。
本文介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部份的设计原理。
本系统理论能够产生最高频率750HZ的波形。
该信号发生器具有体积小、价钱低、性能稳固、功能齐全的优势。
设计选题及任务设计题目：三角波信号发生器任务与要求：设计一个基于单片机的三角波信号发生器，能够以1KHZ稳固输出三角波信号。
大体要求：1.产生稳固的频率为1KHZ的三角波。
2.三角波信号发生器是在单片机上实现的。
3.扩展要求：自选系统设计一：芯片选择目前市面上常见的单片机有51,avr,pic,freescale等等，相关于其他几款单片机，51单片机具有经常使用，简单易操纵，本钱低，性能稳固，芯片利用率高等优势。
目前生产51单片机芯片的厂商有AT、Philips、Winbond、Intel、Siemens、STC 等。
相关于其他厂商生产的同类型芯片， STC89C52单片机具有电路简单，易操纵，性价比较高等优势。
二：系统概述（1）：系统框图如图1-1所示图1-1 系统流程设计图三：各芯片引脚说明（1）STC89C52引脚图如图2-1所示图2-1 STC89C52引脚图STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（～，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
频谱分析仪的原理及应用（远程互动方式）一、实验目的：1、熟悉远程电子实验系统客户端程序的操作，了解如何控制远地服务器主机，操作与其连接的电子综合实验板和PCI-1200数据采集卡，具体可参照实验操作说明。
2、了解FFT 快速傅立叶变换理论及数字式频谱分析仪的工作原理，同时了解信号波形的数字合成方法以及程控信号源的工作原理。
3、在客户端程序上进行远程实验操作，由程控信号源分别产生正弦波、方波、三角波等几种典型电压波形，并由数字频谱分析仪对这几种典型电压波形进行频谱分析，并对测量结果做记录。
二、实验原理：1、理论概要数字式频谱分析仪是通过A/D 采样器件，将模拟信号转换为数字信号，传给微处理器系统或计算机来处理和显示，与模拟仪器相比，数据的量化更精确，而且很容易实现存储、传输、控制等智能化的功能。
电压测量的分辨率取决于A/D 采样器件的位数，例如12位A/D 采样的分辨率是1/4096。
在对交流信号的测量中，根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须是信号频率的两倍以上，采样频率越高，时间轴上的信号分辨力就越高，所获得的信号就越接近原始信号，在频谱上展现的频带就越宽。
本实验系统基于虚拟仪器构建，数字频谱分析仪是通过PCI-1200数据采集卡来实现的。
通过虚拟仪器软件提供的网络通信功能，实现客户端与服务器之间的远程通信。
由客户端程序发出操作请求，由服务器接受并按照要求控制硬件实验系统，然后将采集到的实验数据发给客户端，由客户端程序进行处理。
频谱分析仪是在频域进行信号分析测量的仪器之一，它采用滤波或傅立叶变换的方法，分析信号中所含各个频率份量的幅值、功率、能量和相位关系。
频谱仪按工作原理，大致可分为滤波法和计算法两大类，本实验所用的数字频谱分析仪采用的是计算法。
计算法频谱分析仪的构成如图1所示：图1 计算法频谱分析仪构成方框图数据采集部分由数据采集部分由抗混低通滤波（LP ）、采样保持（S/H ）和模数转换（A/D ）几个部分组成。
频谱分析仪检测电路信号质量频谱分析仪有许多功能，能察觉元件在电路中的变化，分析其频率响应来说明电路特性；也能测量信号强度，对信号失真有帮助；也能测量频率占有率，防范邻近信号干扰；并且是兼具计频器与功率计的仪器。
日常生活里充斥频谱(Spectrum)的概念，各种不同频率信号以机率分配方式存在。
在一般时域分析(Time-domain Analysis)中，很容易从时间轴上观察到任何信号波形变化事件，只要用示波器测量，就能看出任何具有时间函数的电子信号事件的瞬间物理量。
频谱分析仪的发展起源，从早期通信系统上频率测量开始，为实现以频率为基准点，在频域上检测信号而研发的仪器，广泛用于测量通信系统的各种重要参数，如平均噪声位准(Average Noise Level)、动态范围(Dynamic Range)、频率范围(Frequency Range)等。
此外还可用在时域测量，如测量传输输出功率等。
从功能面看，一般计频器只能测量信号频率，功率计能测量信号功率，频谱分析仪可视为兼具计频器与功率计的测量仪器(表1，*：指模拟解调)。
频谱分析与时域分析相辅相成如要理清信号特性，除使用示波器从时域(Time Domain)观察信号外，需从频率的角度，简称频域(Frequency Domain)去分析信号。
用示波器观察信号无法一窥全貌，只能看到组成后的波形。
法国数学家傅立叶(Jean-Baptiste-Joseph Fourier)认为，任何时域上的电子信号现象，皆由多组适当的频率、振幅与相位的弦波信号(Sine Wave)组成。
因此，任何有适当滤波功能的电子系统，必可将信号波形分解成多个分别不同的弦波或频率，不同弦波则由其所具有的振幅与相位来决定信号特性。
换言之，借由这种组成分析，可将弦波信号由时域转为频域。
对无线射频(RF)与微波信号而言，不加入分析要素时，保留相位信息往往会使转换过程变得复杂，因此要设法隔离相位信息。
制作与调试三角波发生器实验报告制作与调试三角波发生器实验报告一、实验目的本实验旨在掌握三角波发生器的基本原理，学习并掌握三角波发生器的制作和调试方法，提高学生对电路设计和调试的能力。
二、实验原理三角波发生器是一种基本的信号源，它可以产生一个频率固定、幅度对称、周期为定值的三角波信号。
其基本原理是利用放大器的正反馈作用，在RC积分电路中形成一个稳定振荡回路，从而产生三角波信号。
三、实验器材1. 电源：直流电源（+15V/-15V）2. 示波器：双踪示波器3. 元件：集成运算放大器LM741、电阻、电容等四、实验步骤1. 按照图1所示连接电路。
2. 调整R1和R2两个电阻，使得输出信号频率在1kHz左右。
3. 调整R3和C1两个元件，使得输出信号幅度为正负对称的三角波信号。
4. 将示波器连接到输出端口观察输出信号，并进行必要的微调。
5. 测量并记录各元件的参数，包括电阻值、电容值等。
五、实验注意事项1. 实验过程中要注意安全，避免触电和短路等危险。
2. 在调试时要小心操作，避免对电路产生损坏。
3. 测量元件参数时要使用合适的仪器，并进行正确的操作。
六、实验结果分析通过本实验，我们成功地制作了一个三角波发生器，并调试出了正负对称的三角波信号。
在实验过程中，我们学习了三角波发生器的基本原理和制作方法，并掌握了一些常用的调试技巧。
此外，我们还学会了如何测量和记录各元件的参数，这对于今后进行电路设计和调试都是非常有帮助的。
七、实验总结本次实验使我们深入了解了三角波发生器的基本原理和制作方法，并掌握了一些常用的调试技巧。
通过实践操作，我们不仅提高了自己的动手能力和创新意识，还培养了自己对于电路设计和调试方面的兴趣。
总之，这是一次非常有意义和收获的实验。
三角波信号参数分析仪（A题）孟宁、石文斌、张磊图1. 设计示意图本题的核心为：1.三角波产生电路满足条件:要求频率、占空比、幅度连续可调，波形无明显失真。
变化范围要求如下：频率范围1KHz～300KHz；占空比(即图2中AO/AB)范围20％～80％；幅度范围(即图2中OC)0.5V到4V。
并能与三角波测量电路连接后测量参数。
图22.三角波测量在周期信号频率范围为1KHz～300KHz，占空比变化范围为20％～80％，幅度变化范围为0.5V～4V的情况下，能完成以下参数测试：（1）三角波幅度测试：要求测试电路完成三角波幅度的测量并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）；（2）三角波频率测试:要求测试电路完成三角波频率的测量并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）；（3）三角波斜率测试:要求测试电路完成三角波斜率的测量(即图2中CO/AO)并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）；（4）方波频率和幅度测试：要求测试电路完成方波幅度和频率的测量并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）。
任务(4)设计显示电路，能够完成波形和测量数据的显示。
注：三角波测量电路与三角波发生电路的连接只允许存在信号线与地线，不允许在两个模块之间存在其他连线。
方案：1. 三角波产生电路(待完善)2.三角波测量采用高速、时钟精准的DSP芯片TMS320LF2407数字信号处理器作为主处理器2.1系统硬件设计系统主要由主处理器（TMS320LF2407）、信号变换电路、键盘显示电路（由HD7279芯片和LED数码管组成）等部分组成，系统结构框图如图3图3测量系统结构框图系统工作原理是：先由信号变换电路对待测信号进行相关变换，当键盘有键按下，主处理器接收到键值，由ＤＳＰ的捕获单元对频率进行测量，之后用其内部Ａ／Ｄ对信号进行采样、处理，完成对被测信号的幅值和斜率的测量，由８位ＬＥＤ数码管显示相应的参数值。
2.1.1信号变换电路设计频率测量时所用TMS320LF2407芯片捕获单元的Sehmitts触发捕捉输入引脚CAPx只能捕捉到输入引脚上的电平跳变信号（上升沿、下降沿、或者上升下降沿），所以在信号测量前端需把输入的三角波信号进行等周期处理，采用过零比较器，使其等效成正方波信号进行有效的触发。
三角波信号参数分析仪（A题）孟宁、石文斌、张磊图1. 设计示意图本题的核心为：1.三角波产生电路满足条件:要求频率、占空比、幅度连续可调，波形无明显失真。
变化范围要求如下：频率范围1KHz～300KHz；占空比(即图2中AO/AB)范围20％～80％；幅度范围(即图2中OC)0.5V到4V。
并能与三角波测量电路连接后测量参数。
图22.三角波测量在周期信号频率范围为1KHz～300KHz，占空比变化范围为20％～80％，幅度变化范围为0.5V～4V的情况下，能完成以下参数测试：（1）三角波幅度测试：要求测试电路完成三角波幅度的测量并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）；（2）三角波频率测试:要求测试电路完成三角波频率的测量并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）；（3）三角波斜率测试:要求测试电路完成三角波斜率的测量(即图2中CO/AO)并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）；（4）方波频率和幅度测试：要求测试电路完成方波幅度和频率的测量并显示出测量结果。
测量误差不大于10%（5%）。
任务(4)设计显示电路，能够完成波形和测量数据的显示。
注：三角波测量电路与三角波发生电路的连接只允许存在信号线与地线，不允许在两个模块之间存在其他连线。
方案：1. 三角波产生电路(待完善)2.三角波测量采用高速、时钟精准的DSP芯片TMS320LF2407数字信号处理器作为主处理器2.1系统硬件设计系统主要由主处理器（TMS320LF2407）、信号变换电路、键盘显示电路（由HD7279芯片和LED数码管组成）等部分组成，系统结构框图如图3图3测量系统结构框图系统工作原理是：先由信号变换电路对待测信号进行相关变换，当键盘有键按下，主处理器接收到键值，由ＤＳＰ的捕获单元对频率进行测量，之后用其内部Ａ／Ｄ对信号进行采样、处理，完成对被测信号的幅值和斜率的测量，由８位ＬＥＤ数码管显示相应的参数值。
2.1.1信号变换电路设计频率测量时所用TMS320LF2407芯片捕获单元的Sehmitts触发捕捉输入引脚CAPx只能捕捉到输入引脚上的电平跳变信号（上升沿、下降沿、或者上升下降沿），所以在信号测量前端需把输入的三角波信号进行等周期处理，采用过零比较器，使其等效成正方波信号进行有效的触发。
目录一．总体方案 (1)1.总体设计框图2.方案论证与比较二．理论分析与计算 (2)1.频率测量理论误差分析2.三角波斜率变换测量理论以及pwm调制输出四．主要电路设计 (32)1.三角波幅值测量电路2.三角波—方波变换电路3.斜率—脉冲宽度转换电路五．软件设计流程 (14)1.软件流程介绍2.软件流程图六．系统测试与误差分析 (15)1.测量仪器与环境2.测量数据3.误差分析七．经验和心得 (16)八．参考文献 (16)简易三角波信号参数分析仪电子科技大学白云碎了【摘要】本系统采用SOC单片机C8051F020为数据处理核心，以波形变换、PWM 脉冲宽度调制为测量前端处理思想，由三角波波形发生、三角波—方波转换、频率测量、幅度测量、液晶显示部分组成。
系统使用T法并引用等精度的思路来实现对频率的测量。
前端通过比较器构成的峰值检波电路实现对幅度的测量。
斜率的测量则采用将三角波变换为一定占空比的方波，再采用PWM脉冲宽度调制输出一定的电压值，从而将三角波斜率转化为不同的电压值来测量。
整体系统架构集中在单片机和模拟前端上实现了题目要求的各种功能。
【关键词】C8051F020 波形变换等精度测频脉冲宽度调制【Abstract】The system uses a C8051F020 single chip SOC for core data processing to waveform transformation, PWM pulse width modulation for the measurement of front-end thinking, by the occurrence of triangular waveform, the triangular wave - square wave conversion, frequency measurement, magnitude measurement, liquid crystal display components. T system, such as law and invoked the idea of accuracy to achieve the measurement of frequency. Front-end device by comparing the composition of the peak detector circuit of the measurement range. Measurement of the slope of the triangular wave is used to transform the square wave for a certain duty cycle, and then the use of pulse width modulation PWM output a certain voltage value, thus the slope of the triangular wave voltage into a different value to measure. The overall system architecture on the MCU and analog front-end to achieve the title of various functions required by.【Keywords】C8051F020 Waveform Transform equal—precision measurement Pulse width modulation一、总体方案设计1.总体设计框图图1 系统设计框图2.方案论证与比较1)三角波发生方案一：使用模拟运放典型的三角波产生电路原理是将方波电压作为积分运算电路的输入，在积分运算电路的输出就得到三角波电压，在实用电路中，将方波发生电路中的RC充、放电回路用积分运算电路来取代，滞回比较器和积分电路的输出互为另一个电路的输入，滞回比较器输出为方波，经积分运算电路后变换为三角波。
方案二：使用MAX038MAX038 是一种高频精密函数发生器 ,它可以使用最少外部元件而产生三角波、正弦波、方波。
占空比和频率独立可调，输出频率范围为 0. 1Hz～20MHz ，占空比调节范围为10%～90%。
由于本题目三角波的频率动态范围较大（1K～300K），如果用方案一则对积分器要求较高，频率稳定度很难做高且电路较复杂工作量大。
2)频率测量方案一：使用FPGA进行计频，使用等精度测频的思路，来进行频率测量，这种方式测量频率准确。
不过对于此题的指标来说，使用FPGA使得系统构架整体在数字电路上实现，系统更庞大昂贵，没有必要。
方案二：利用T法测频的思想，使用单位时间内数脉冲数方法，并且时间间隔以信号下降沿触发中断来实现，这种方式运用了等精度测量的思想，并且实现简单，很容易移植在各种单片机上。
3)幅度测量方案一：使用高速比较器结合峰值检波的方式来得到三角波分峰值，利用C8051单片机的内部AD直接测量。
方案二：使用FPGA结合内部AD进行采集三角波信号，然后通过最小二乘拟合计算来恢复三角波的波形，来计算三角波的幅值。
4)斜率测量方案一：采用高速AD高速采样方式或者低速AD等效采样的方式来对三角波进行波形采样，然后使用最小二乘法进行波形恢复，高速AD可以使用FPGA来控制。
这种方式比较直接简单，但是高速AD价格比较高，等效采样的精确不利于提高系统总体性价比。
方案二：使用PWM解调的思路，先将三角波整形为方波，后面使用低通滤波器解调出一定幅度的直流波形，对直流的幅度进行测量即可得到三角波的斜率。
最终选择方案：本题如果使用FPGA可以达到比较优异的指标，然而电子设计大赛贵在对基本电路的认识和理解，FPGA和高速AD也会使得系统整体造价上升。
故综上，我们选择使用传统的单片机+模拟电路的信号变换的手段，而且也能很好地达到题目要求指标。
所以选择利用单片机测量频率，峰值检波获得三角波的幅值，斜率测量则利用三角波斜率到方波占空比的变换，再利用PWM调制的思路，利用低通滤波器来获得定量的直流电压，最后使用单片机一定计算来得到三角波斜率。
三角波发生模块由于是一个测试的前端，用芯片MAX038即可方便实现。
二、理论分析与计算1.频率测量单片机T 法测频：测量固定数目脉冲的时间，将脉冲数处以时间即为所测频率。
为了防止漏掉脉冲，系统吸收了等精度测频的思想，以脉冲下降沿触发从而计数脉冲以消去第一个脉冲的不确定起始时间。
测量N 个脉冲数以后触发计数器停止工作。
频率计算公式推导：T pulse m V N F =（1）T NT F T V = （2） 式中：T V 为计时器T 的定时时间，pulse N 为测量得到的脉冲数，m F 为测量对象的频率，N T 为程序中定时器的定时全局变量，T F 为定时器的记时频率。
记时频率为系统时钟在本程序中即等于外部晶振频率。
在本系统中，使用的晶振为22.1184MHz ，误差范围在50PPM —100PPM 之间，若不采用等精度测量的思路（会漏掉一个脉冲数），则忽略晶振误差（在此我们一个测量周期的脉冲数为1000来算），最大理论误差:%10.0%1001000/11000/1999/1=⨯-（3）在此若用脉冲触发来开始计数，则误差主要来源为单片机程序中不可避免的程序操作时延和中断时延造成，如果忽略这部分误差，系统测频的误差为晶振误差（按最大100⨯106-）引起。
为了抵消这部分操作延时，在程序中进行了补偿。
也就是说单片机T 法测频的最大理论误差（忽略中断程序延时）为：1000⨯610 22.11841⨯⨯（100⨯106-）/1000≈0.00045%（4） 这个误差完全可以忽略，所以误差来源基本上时操作延时误差和计算时的截断误差。
操作延时在汇编中进行观察，并在程序的计数时间中进行补偿，可以基本抵消。
最后程序测试单脉冲测量在0.1%以下，已经满足题目要求。
三、主要电路设计1.三角波幅度测量电路峰值检测电路（PKD ，Peak Detector ）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出Vo = Vpeak ，为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。
本题的峰值检测电路如图2：图2 三角波峰值检测电路3.三角波斜率测量的波形变换此模块的主要功能是将三角波的占空比转换成方波的占空比，其原理是利用已检测出来的峰值经过电位器分压（分压比4/5左右）后，与输入三角波进行比较，产生正峰值脉冲，同理将三角波峰值反向后与输入三角波进行比较，则产生负峰值脉，在讲两个峰值脉冲相或，产生峰值脉冲，最后通过D触发器产生与三角波占空比相同的方波，电路图如图1：图3 三角波斜率—方波占空比变换电路信号流图如图4：图4 信号流图4.PWM脉冲调制电路PWM脉冲调制电路是将方波占空比转化成直流电平，便于测量。
电路图如图3，串联电感L1和并联电容C1形成一个低通滤波器该滤波器用来恢复方波的直流放量，二极管D1用来一直有电感产生的瞬时负电压，称这个二极管为捕捉器二极管或续流二极管。
图6 低通滤波电路四、软件流程开始测量频率按键状态改变？改变测量模式测量电压测量占空比显示数据检查按键，改变按键状态图6 软件流程图五、系统测试与误差分析1.测试仪器与环境Textronics 示波器一台F40DDS信号源一台SP1643B信号源一台地点：电子科技大学科研A3042.测量数据三角波幅度测量：在题目要求的各个方面系统都达到了很好的指标。
扩展功能实现：1.正弦波幅度，频率测量，图像显示结果以及波形；2.方波幅度，频率，占空比测量，图像显示结果以及波形；结果及误差分析六、设计经验与体会本次比赛是我们参加全国电子设计大赛的预赛，给了我们很多启示。
更让我们体会了一个团队合作的重要性。
谢谢创新中心老师对我们的无私辅导，感谢学校的支持。
参考文献：1.C8051F系列单片机开发与C语言编程童长飞北京航空航天大学出版社2.。
