青海师范大学
课程设计报告课程设计名称：函数信号发生器
专业班级：电子信息工程
学生姓名：***
学号：***********
同组人员：郭延森安福成涂秋雨
指导教师：***
课程设计时间：2015年12月
目录
1 设计任务、要求以及文献综述
2 原理综述和设计方案
2.1 系统设计思路
2.2设计方案及可行性
2.3 系统功能块的划分
2.4 总体工作过程
3 单元电路设计
3.1 安装前的准备工作
3.2 万用表的安装过程
4 结束语
1设计任务、要求
在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路称为函数信号发生器，又名信号源或振荡器。函数信号发生器与正弦波信号发生器相比具有体积小、功耗少、价格低等优点, 最主要的是函数信号发生器的输出波形较为灵活, 有三种波形（方波、三角波和正弦波）可供选择，在生产实践，电路实验，设备检测和科技领域中有着广泛的应用。
该函数信号发生器可产生三种波形，方波，三角波，正弦波，具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能，其产生频率信号范围1HZ～100kHZ，输出信号幅值范围0～10V，信号产生电路由比较器，积分器，差动放大器构成，频率计部分由时基电路、计数显示电路等构成。幅值输出部分由峰值检测电路和芯片7107等构成。
技术要求：
1. 信号频率范围 1Hz～100kHz；
2. 输出波形应有：方波、三角波、正弦波；
3. 输出信号幅值范围0～10V；
4. 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。
2原理叙述和设计方案
2.1 系统设计思路
函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以是集成器件（如单片集成电路函数信号发生器ICL8038）。产生方波、正弦波、三角波的方案也有多种，如先产生方波，再根据积分器转换为三角波，最后通过差分放大电路转换为正弦波。频率计部分由时基电路、计数显示电路等构成，整形好的三角波或正弦波脉冲输入该电路，与时基电路产生的闸门信号对比送入计数器，最后由数码管可显示被测脉冲的频率。产生的3种波经过一个可调幅电路，由于波形不断变化，不能直接测出其幅值，得通过峰值检测电路测出峰值（稳定的信号幅值保持不变），然后经过数字电压表（由AD转换芯片CC7107和数码管等组成），可以数字显示幅值。
2.2设计方案及可行性
方案一：采用传统的直接频率合成器。首先产生方波—三角波，再将三角波变成正弦波。
方案二：采用单片机编程的方法来实现（如89C51单片机和D/A转换器，再滤波放大），通过编程的方法控制波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率变换。
方案三：是利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器，其振荡频率可通过外加直流电压进行调节。
经小组讨论，方案一比较需要的元件较多，方案二超出学习范围，方案三中的芯片仿真软件中不存在，而且内部结构复杂，不容易构造，综合评定，最后选择方案一。
2.3系统功能块的划分
该系统应主要包括直流稳压电源，信号产生电路，频率显示电路和电压幅值显示电路四大部分。
直流稳压电源将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压，信号产生电路产生的信号，经过适当的整形，作为频率显示电路的输入，从而达到了数字显示频率的要求；产生的信号经过幅频显示部分（峰值检测电路和数模转换），便
实现了幅值数字显示。
2.4 总体工作过程
先由反相输入的滞回比较器和RC电路组成方波发生电路，然后方波经积分器得到三角波，由差分放大器来完成三角波到正弦波的变换电路。频率计部分由时基电路、计数显示电路等构成，整形好的三角波或正弦波脉冲输入该电路，与时基电路产生的闸门信号对比送入计数器，最后由数码管可显示被测脉冲的频率。产生的3种波经过一个可调幅电路，由于波形不断变化，不能直接测出其幅值，得通过峰值检测电路测出峰值（稳定的信号幅值保持不变），然后经过数字电压表（由AD转换芯片CC7107和数码管等组成），可以数字显示幅值。
3单元电路设计
一、信号产生电路
1.函数发生器总方案
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（如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片集成电路函数信号发生器ICL8038）。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，如图。
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。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。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。
函数发生器组成框
2 各组成部分电路的工作原理
① 方波发生电路的工作原理
此电路由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成。RC 回路既作为延迟环
节，又作为反馈网络，通过RC 充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压0U =+ Z U ,则同相输入端电位p U =+ t U 。0U 通过R3对电容C 正向充电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位n 随时间t 的增长而逐渐增高，当t 趋于无穷时，n U 趋于+ Z U ；但是，一旦n U =+ t U ,再稍增大，0U 从+ Z U 跃变为- Z U ,与此同时p U 从 t U 跃变为- t U 。随后，0U 又通过R3对电容C 反向充电，如图中虚线箭头所示。n U 随时间逐渐增长而减低，当t 趋于无穷大时，n U 趋于- Z U ；但是，一旦n U =- t U ,再减小，0U 就从- Z U 跃变为+ Z U ，p U 从- t U 跃变为+ t U ，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。 ② 方波—三角波转换电路的工作原理
