函数信号发生器设计论文.

基于FPGA的函数信号发生器设计摘要函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。

随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类。

本文在探讨函数信号发生器几种实现方式的基础上，采用直接数字频率合成（DDS）技术实现函数信号发生器。

在对直接数字频率合成（DDS）技术充分了解后，本文选择以Altera公司生产的FPGA芯片为核心，以硬件描述语言Verilog HDL为开发语言，设计实现了可以产生任意波形（以正弦波为例）和固定波形的（以方波和锯齿波为例）的函数信号发生器。

文中详细阐述了直接数字频率合成（DDS）、波形产生以及调幅模块的设计，并给出了相应的仿真结果。

本文最后给出了整个系统的仿真结果，即正弦波、方波、锯齿波的波形输出。

实验表明，用现场可编程门阵列（FPGA）设计实现的采用直接数字频率合成（DDS）技术的函数信号发生器，克服了传统方法的局限，实现了信号发生器多波形输出以及方便调频、调幅的功能。

关键词函数信号发生器；直接数字频率合成；现场可编程门阵列；Verilog HDLAbstractFunction Generator is an indispensable tool in a process of various tests and experiments. It is widely used in communication, measurement, radar, control, teaching and other fields. With the development of China's economic and technological, the corresponding test equipment and test methods are also put forward higher requirements, and the signal generator has become a vital test instrument.The article examines the several implementations of the function generator. And it has achieved the function generator which is completed by direct digital frequency synthesis (DDS) technology . Through understanding the direct digital frequency synthesis (DDS) technology, this paper chose to the Altera Corporations’ FPGA chips as the core of design. The function generator which can produce sine, square wave, sawtooth wave was designed. It also used hardware description language Verilog HDL as development language. The paper described the design of the main module, such as direct digital synthesizer (DDS), waveform generation and modulation module. And the corresponding simulation results were also presented.At last, the simulation results of the whole system were presented, that is, sine, square, sawtooth waveform has been carried out. Experiments show that the function generator based on FPGA and direct digital frequency synthesis (DDS)technology has overcame the limitations of traditional methods and achieved a signal generator which can generate multiple waveforms and has facilitate FM, AM function.Keywords Function Genenrator Direct Digital Freguency Synthesizer FPGA Verilog HDL目录1绪论 (1)1.1背景及意义 (1)1.2波形发生器研究现状 (1)1.2.1波形发生器的发展状况 (1)1.2.2国外波形发生器产品介绍 (2)1.3本设计的主要工作 (2)2系统基本原理 (4)2.1函数信号发生器的几种实现方式 (4)2.1.1程序控制输出方式 (4)2.1.2 DMA输出方式 (4)2.1.3可变时钟计数器寻址方式 (4)2.1.4直接数字频率合成方式 (4)2.2频率合成器简介 (5)2.2.1频率合成技术概述 (5)2.2.2频率合成器主要指标 (6)2.3 DDS原理 (6)2.3.1相位累加器 (7)2.3.2波形ROM (8)2.3.3 DDS频率合成器优缺点 (8)2.4现场可编程门阵列(FPGA) (9)2.4.1 FPGA简介 (9)2.4.2 FPGA特点 (9)2.4.3 FPGA工作状态 (10)2.4.4 FPGA的编程技术 (10)2.4.5 FPGA器件配置方式 (10)2.4.6使用FPGA器件进行开发的优点 (11)2.5 Verilog HDL语言简介 (11)3系统软件设计 (13)3.1编程软件的介绍 (13)3.1.1 Quartus II简介 (13)3.1.2 Quartus II设计流程 (13)3.2 Quartus II系统工程设计 (14)3.2.1创建工程 (14)3.2.2新建Verilog源文件 (15)3.2.3工程编译 (15)3.2.4生成模块电路 (15)3.2.5新建Block Diagram/Schematic File并添加模块电路 (16)3.2.6设计Vector Waveform File (16)3.3函数信号发生器的系统设计 (17)3.3.1系统总体设计 (18)3.3.2 FPGA系统设计流程 (18)3.3.3 FPGA系统模块设计 (19)4系统模块设计及仿真 (21)4.1频率寄存器模块设计 (21)4.2 DDS模块设计 (22)4.2.1 32位加法器 (22)4.2.2相位寄存器 (23)4.3波形产生模块设计 (24)4.3.1正弦波形ROM (24)4.3.2方波模块 (26)4.3.3锯齿波模块 (27)4.4调幅模块设计 (28)5系统调试 (30)5.1调试 (30)5.2仿真结果 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)附录1系统整体设计图 (35)附录2各模块源程序 (35)1绪论1.1背景及意义函数信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。

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摘要:提出了一种采用MAX038的函数信号发生器的设计,可生成频率可调的正弦波、方波以及三角波。

系统由单片机控制模块、键盘、LCD液晶显示,MAX038波形产生器、DAC输出电路和末级放大电路构成,调制信号既可由外部的频率档粗调,也可以通过单片机实现微调。

单片机小系统负责用户的交互和系统控制,键盘用于频率的输入与波形的选择,LCD显示当前所选信号的频率调整情况,具有界面提示功能,而末级放大电路则对生成的信号进行适当的放大,以提高信号的振幅和强度。

关键词:MAX038;单片机;频率调节;界面提示Design of Signal Generator Based on MAX038 and Single-Chip MCUMEI Ling-liang(Guangdong Zhengye Technology CO. LTD, Dongguan 523270, China)Abstract: A Signal Generator is designed based on MAX038, to create a sine wave, a triangle wave or a square wave, its frequency can be adjusted. The system is made up of single-chip microcontroller module, keyboard, LCD Liquid-crystal display, MAX038 signal generator, DAC output circuit and last stage enlargement circuit. Its frequency not only can be roughly adjusted by external frequency range, but also can be carefully modulated by single-chip microcontroller circuit. The single-chip micro controller circuit takes charge of user interactive and frequency modulation, the Keyboard is used to input frequency value and choose wave profile, LCD displays the value of selected wave with interface prompt function, the last stage enlargement circuit rightly amplifies the signal generated by MAX038 and enhances the amplitude and intensity of signal.Key words: MAX038; single-chip micro controller; frequency modulation; interface prompt1 概述信号发生器又称信号源或振荡器,是最重要的测量仪器之一,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

题目：函数信号发生器设计（2）系（部）：信息科学与技术系专业班：通信工程0302班姓名：学号：20031181064指导教师：2007 年5 月25 日毕业设计（论文）开题报告函数信号发生器设计（2）The Design of Function Signal Generating Device (2)摘要函数信号发生器是指能自动产生方波、正弦波、三角波等电压波形的仪器, 它在实验及科学研究中得到了广泛应用。

本课题的任务是设计一个函数信号发生器，使其能自动产生方波、三角波以及正弦波。

本论文主要针对函数信号发生器进行论述，它基本可分为四部分，第一部分主要是对设计中应用到的一些模电数电方面的知识如电压比较器，积分器，差分放大器等进行简单介绍；第二部分的主要内容是提出了以下两种设计方案：第一种方案是基于单片集成芯片MAX038函数信号发生器的设计，第二种方案是基于晶体管、运放IC等函数信号发生器的设计，并且对这两种方案的优点和缺点进行分析比较，最后确定采用第二种方案来完成函数信号发生器的设计。

第三部分就具体介绍了我的设计方案—基于晶体管、运放IC等函数信号发生器的设计，它是本文的核心，该部分讲述了性能指标、原理框图、以及如何通过参数计算来确定设计电路等几个方面的内容；文章第四部分就主要介绍了调试安装的方法，并对设计中出现的故障进行了简要分析。

关键字：函数信号发生器; 差分放大器; 积分器AbstractThe function signal generating device is refers can automatically have voltage waveform the and so on the square-wave, sine wave, triangle wave instrument, it obtained the widespread application in the experiment and the scientific research. This topic duty designs a function signal generating device, enables its automatically to have the square-wave, the triangle wave as well as the sine wave. The present paper mainly aims at the function signal generating device to carry on the elaboration, it is basic may divide into four parts, the first part mainly is to some mold electricity number electricity aspects knowledge like voltage comparators which designs applies, the integrator, the differential amplifier and so on carries on the simple introduction; The second part of main content was proposed following two kind of design proposal: The first kind of plan is based on the monolithic integrated chip MAX038 function signal generating device design, the second kind of plan is based on the transistor, transports puts function signal generating device the and so on the IC design, and carries on the analysis comparison to these two kind of plans merit and the shortcoming, finally determined uses the second kind of plan to complete the function signal generating device the design. The third part specifically introduced my design proposal - based on the transistor, transports puts function signal generating device the and so on the IC design, it is this article core, did this part narrate the performance index, the functional block diagram, how as well as calculates through the parameter determines the design electric circuit and so on several aspects the content; The article fourth part mainly introduced the debugging installment method, and to designed the breakdown which appeared to carry on the brief analysis.Key words: Function signal generating device Differential amplifier Integrator目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)1 函数信号发生器相关知识与基本原理 (2)1.1 电压比较器 (2)1.1.1 简单电压比较器 (2)1.1.2 滞回比较器 (3)1.1.3 窗口比较器 (3)1.2 方波发生器 (4)1.3 积分器 (5)1.4 差分放大器 (6)1.4.1 传输特性 (6)1.4.2 共模特性 (7)2 函数发生器设计方案 (9)2.1 基于单片集成芯片MAX038函数信号发生器的设计 (9)2.2 基于晶体管、运放IC等函数信号发生器的设计 (10)2.2.1 方波→三角波产生电路 (10)2.2.2 三角波→正弦波变换电路 (11)3 基于晶体管与运放IC函数信号发生器设计 (14)3.1 性能指标 (14)3.2 参数计算 (14)3.3 原理框图 (15)3.4 设计电路与工作原理 (15)3.4.1 设计所用元器件 (15)3.4.2 电路及工作原理 (16)3.5 相关芯片介绍 (17)3.5.1 uA747双电源通用型双运放 (17)3.5.2 LM78XX与LM79XX (18)4 安装与调试 (20)4.1 设计与调试中使用的主要仪器和设备 (20)4.2 设计的装调 (20)4.2.1 方波→三角波发生器的装调 (20)4.2.2 三角波→正弦波变换电路的装调 (20)4.2.3 自制电源的装调 (21)4.3 故障分析 (22)4.3.1 方波—三角波发生器故障 (22)4.3.2 三角波—正弦波发生器故障 (22)4.3.3 电源部分故障 (22)结论 (23)致谢 (25)参考文献 (26)绪论信号发生器又称信号源或振荡器，各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

毕业设计（论文）题目：函数信号发生器学部信息与电子学部专业名称电子信息工程班级学号 118501106学生姓名蔡伟攀指导教师邓洪峰二O一五年六月目录1 绪论 (1)1.1 单片机概述 (1)1.2 信号发生器的介绍和分类 (1)1.3 任务要求和设计内容 (3)2 函数信号发生器的方案选择与设计 (4)2.1 函数信号发生器设计方案的选择 (4)2.1.1 信号发生器电路方案 (4)2.1.2 显示电路方案 (5)2.1.3 按键控制电路方案 (5)2.2 总体设计 (6)3 系统硬件电路的设计 (7)3.1 单片机核心控制电路 (7)3.1.1 单片机芯片简介 (7)3.1.2 引脚及功能说明 (8)3.1.3 单片机硬件原理框图 (9)3.2 D/A数模转换电路及波形产生模块 (10)3.2.1 DAC0832简介 (10)3.2.2 DAC0832的特点 (11)3.2.3 DAC0832与MCS-51的接口 (11)3.3 时钟电路模块 (11)3.4 复位电路模块 (12)3.5 液晶显示电路模块 (13)3.6 按键接口控制模块 (14)4 系统软件的设计 (15)4.1 程序流程图 (15)4.2 波形设计 (18)4.2.1 正弦波的设计 (18)4.2.2 三角波的设计 (18)4.2.3 方波的设计 (18)4.2.4 锯齿波的设计 (19)4.2.5 梯形波的设计 (19)5 系统调试 (20)5.1 硬件调试 (20)5.2软件调试 (20)5.3联机调试 (21)结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)附录A：硬件电路原理图 (25)附录B：PCB图 (26)附录三：C51源程序 (27)1 引言1.1 单片机概述单片机简单的说就是单片的计算机，又可以称为微处理器、微控制器或者嵌入式控制器。

它是把计算机的基本部件微型化并且集成到一块芯片上的微型计算机，一般来说，片内包含中央处理器CPU、并行输入输出、串行输入输出、定时器/计数器、ROM、RAM、中断控制系统、系统时钟和系统总线等等。

保密类别编号毕业论文函数信号发生器的设计系别电子信息科学系专业电子信息工程年级姓名指导教师武汉大学珞珈学院2012年5月5日摘要函数信号发生器是教学、科研中应用最广泛的仪器之一。

如果能用相对简单的实现方式和较低的成本产生具有高稳定度和精确度的常用波形，无疑将在这些领域中得到更加广泛的应用。

本设计在介绍马克西姆公司MAX038芯片基本特性的基础上，论述了采用MAX038芯片来设计多波形函数信号发生器的原理以及整体的设计，并辅以控制软件和有关的外围电路，实现了一个低成本、多功能、高精度、输出频率连续可调的频率合成式波形发生器，可输出三角波、方波、正弦波三种波形，阐述了其振荡频率控制、信号输出幅度控制、频率和幅度的控制的设计。

关键词： MAX038 函数信号发生器单片机The design of the Function signal generatorrABSTRACTFunction signal generator is one of the most widely used instruments in teaching, scientific research. Use of relatively simple implementation and lower cost to produce a common waveform with high stability and accuracy, and there is no doubt it will undoubtedly be more widely applied in these areas.The design is base on the introduction of the basic properties of the Maxim MAX038 chip, discusses the principle and the whole design of using the MAX038 chip to design multi-waveform function signal generator, and with the relevant control software and the periphery of the circuit, achieve a low cost, multi-function, high precision, output frequency adjustable frequency synthesis type waveform generator, can output the triangle wave, square wave, sine wave three waveform, expounds the design of the oscillation frequency control, signal output amplitude, frequency and amplitude control.Key words: MAX038 Function Signal Single-chip microprocessor目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究的背景和意义 (1)1.2 设计任务和要求 (2)第二章方案的总体设计 (3)2.1 方案论证与比较 (3)2.2 函数信号发生器的总体方案 (3)第三章系统的硬件设计 (5)3.1 信号产生部分的设计 (5)3.1.1 MAX038芯片介绍 (5)3.1.2 波形选择、占空比、频率调节 (7)3.2 输出信号的放大处理 (10)3.3 信号的控制部分设计 (10)3.3.1 AT89C52单片机介绍 (11)3.2.2 单片机外围电路 (12)3.4 电源电路部分 (13)第四章系统软件设计 (15)4.1 主程序流程 (15)总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)第1章绪论在现代社会中，自动化技术早已渗透到社会生产的各个领域中。

0 引言在科学技术研究、高等学校教育及生产生活实践中，比如工业自动控制、高等院校实验教学及相关工业试验、生物工程、医学研究等诸多领域，往往都要用到频率较低的函数信号发生器。

而在人们的日常生活当中，三角波正弦波及方波信号更是经常用到的信号。

比如在电视机、收音机等电子设备当中，经常会用到三角波作为时基电路。

而函数信号发生器作为比较常用的电子仪器，在科研、通讯、测控和生产等诸多领域得到了极其广泛的应用。

但是目前市面所用到的仪器往往在频率、振幅、波形种类和控制方面都远远不能满足人们的实际需要。

再加上半导体集成电路的飞速发展，我们很有必要去研制出一种功耗低、频带宽、波形种类齐全的函数信号发生器。

1 硬件部分的设计该函数信号发生器的硬件电路主要由系统电源模块、主控器单片机部分、独立按键部分、数码管显示部分、DDS 器以及OP07运算放大器6大模块组成。

根据设计要求本系统采用+5V 电压供电。

可以通过独立式按键来设定当前所要输出的波形，通过AT89C51单片机来控制DDS 输出相应的波形信号，DDS 所输出的波形信号再经过0P07运算放大器将信号幅值放大，然后再输出。

本设计所产生信号的频率通过数码管进行显示。

而其输出波形类型通过发光二极管点亮的颜色来显示和区分[1]。

1.1 电源模块设计供电电路主要采用的是直流线性7805稳压集成电路组成。

采用交流电经过降压变压器降压得到电压UAC,然后经过二极管组成的单相桥式整流电路。

1.2 单片机最小系统设计STC89C52单片机最小系统包括两个电路，一个是时钟振荡电路，另外一个就是复位电路，这两个电路是保证单片机系统正常工作基础。

单片机的时钟信号的产生方式主要包括两种：一种是采用内部时钟产生，另外一种是需要另外加时钟来产生。

STC89C52单片机内部本身有一个振荡电路，用户使用时需要在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚上接一个晶振，这样就构成了一个自激振荡器，可以使单片机内部产生相应的时钟脉冲信号。

数字式函数信号发生器设计毕业论文目录摘要............................................. 错误!未定义书签。

ABSTRACT............................................ 错误!未定义书签。

目录. (I)1 绪论 (1)1.1 选题背景 (1)1.2 DDS技术的研究现状与发展趋势 (2)1.3 选题研究的目的及意义 (3)1.4 研究内容及目标 (4)2 DDS信号源设计技术基础 (5)2.1 频率合成技术 (5)2.1.1 频率合成技术指标： (5)2.2 直接数字频率合成原理 (6)2.2.1 DDS结构 (6)2.2.2 DDS的工作原理 (8)2.2.3 DDS数学原理 (9)2.3 DDS性能特点 (11)2.4 DDS芯片AD9850 (12)2.4.1 AD9850简介 (12)2.4.2 AD9850的控制字与控制时序 (15)2.4.3 AD9850频率稳定度及频率准确度 (18)3.1 系统总体硬件框图 (19)3.2 MCU主控部分硬件设计 (20)3.2.1 AT89C52的功能和结构 (21)3.2.2 AT89C52的I/O口规划 (21)3.3 AD985O外围电路设计 (23)3.3.1 晶振的选择 (23)3.3.2 AD9850电源模块的设计 (24)3.3.3 AD985O接口电路 (24)3.3.4 滤波电路 (26)3.4 采样保持与A/D转换电路 (29)3.4.1采样保持电路 (29)3.4.2 A/D转换 (30)3.5 输入输出接口电路设计 (32)3.5.1 输入接口电路设计 (32)3.5.2 输出接口电路设计 (33)3.6 功率放大器 (39)3.7 电源模块设计 (40)4.1 软件总体流程 (42)4.2 系统初始化 (43)4.2.1 AD9850初始化子程序 (43)4.2.1 max7219初始化子程序 (43)4.3 键盘扫描及按键识别子程序 (44)4.4 波形数据产生 (50)4.4.1 AD985O控制字的计算 (50)4.4.2 控制字转化子程序 (51)4.4.3 控制字传送子程序 (52)4.5 A/D转换子程序 (53)4.5八选一子程序（只用六选一） (55)4.6 其它子程序 (56)4+1 结论 (57)4+2 经济分析与报告 (59)致谢 (60)参考文献 (61)附录A 总程序 (62)附录B 原理图原件清单 (73)1 绪论1.1 选题背景在电子技术领域中,经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号,也就是所谓的信号源。

摘要本文设计低频信号发生器，以AT89C52 单片机为核心，通过键盘输入控制信号类型和频率的的选择，采用DA 转换芯片输出相应的波形，同时以LCD 显示器进行实时显示信号相关信息。

我们采用C 语言进行编程，可实现方波，三角波，和正弦波三种波形的产生，且波形的频率可调。

经测试该设计方案线路优化，结构紧凑，性能优越，满足设计要求。

关键字：单片机，DA 转换，信号发生器第一章绪论1.1 选题背景及其意义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，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。

1.2 单片机概述单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机具有集成度高、系统结构简单、使用方便、实现模块化、可靠性高、处理功能强、速度快等特点，因为被广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

1.3 信号发生器分类信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。

因其应用广泛，种类繁多，特性各异，分类也不尽一致。

按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类；按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器、标准信号发生器和功率信号发生器；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

目录摘要 (1)一、方案设计与论证 (2)1、信号发生电路方案论证 (2)2、电压连续可调电路方案论证 (2)3、单片机的选择论证 (2)4、显示方案论证 (2)5、键盘方案论证 (2)二、总体系统设计及模块实现 (3)1、总体系统设计 (3)2、系统各模块的理论分析和实际设计 (3)2.1波形产生模块设计 (3)2.1.1波形选择 (3)2.1.2频率调整 (3)2.2电压调整模块设计 (4)2.3电压放大模块 (4)2.4电源电路模块设计 (4)三、软件设计 (5)1、软件功能 (5)2、频率步进流程图 (5)四、频率稳定性测试分析 (5)1、主要测量仪器：稳压电源，示波器，计数器，数字万用表 (5)2、测试方法： (5)3、测试结果： (5)五、结论 (6)参考文献 (6)附录 (7)摘要本设计采用C8051单片机为核心，设计制作了可以步进调节频率的多波形信号发生器。

芯片MAX038产生信号的频率可以通过调整电流、电压、电阻分别控制。

该信号发生器能在100Hz～100kHz范围能输出可调的正弦波、方波、三角波。

输出稳定性良好。

电压可在0~5V连续调节。

信号输出部分采用低损耗电流反馈型宽带运放作电压放大，很好地解决了带宽和带负载能力的要求。

通过芯片C8051F005控制数据采集和硬件电路的电压及频率显示，通过键盘控制完成频率调节，操作简便，实现效果良好。

关键词：C8051芯片，MAX038芯片，LED数码显示管，741运放一、方案设计与论证1、信号发生电路方案论证方案一：通过单片机控制D/A，输出三种波形。

此方案输出的波形不够稳定，抗干扰能力弱，不易调节。

方案二：使用传统的锁相频率合成方法。

通过芯片IC145152，压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。

此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。

方案三：利用MAX038芯片组成的电路输出波形。