数字函数波形发生器电路设计154156
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波形发生器设计之阿布丰王创作设计总说明各种各样的信号是通信领域的重要组成部份,其中正弦波、锯齿波、三角波和方波等是较为罕见的信号.在科学研究及教学实验中经常需要这几种信号的发生装置.为了实验、研究方便,研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分需要的.本文介绍的是利用AT89C51单片机和数模转换器件DAC0832发生所需分歧信号的低频信号源.文中简要介绍了DAC0832数模转换器的结构原理和使用方法,AT89C51的基础理论,以及与设计电路有关的各种芯片.根据对结业生设计的要求,文中着重介绍了利用单片机控制D/A转换器发生上述信号的硬件电路和软件编程.信号频率幅度也按要求可调.本次发生分歧低频信号的信号源的设计方案,不单在理论和实践上都能满足实验的要求,而且具有很强的可行性.该信号源的特点是:体积小、价格昂贵、性能稳定、实现方便、功能齐全.关键词:单片机 AT89C51DAC0832 波形发生器目录1 绪论12 系统设计22.1.1 单片机的选择论证22.2.2 波形发生模块设计62.3.1主法式:8结论18致谢19参考文献20附录211绪论波形发生器也称函数发生器,作为实验信号源,是现今各种电子电路实验设计应用中必不成少的仪器设备之一.目前,市场上罕见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成,且波形种类有限,多为锯齿波,正弦波,方波,三角波等波形.信号发生器作为一种罕见的应用电子仪器设备,传统的可以完全由硬件电路搭接而成,如采纳555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路即是可取的路经之一,不用依靠单片机.可是这种电路存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积年夜等缺点.在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地动模拟机械振动等领域经常要用到低频信号源.而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意,而且由于低频信号源所需的RC很年夜;年夜电阻,年夜电容在制作上有困难,参数的精度亦难以保证;体积年夜,漏电,损耗显著更是致命的弱点.一旦工作需求功能有增加,则电路复杂水平会年夜年夜增加.2系统设计经过考虑,我们确定方案如下:利用AT89C52单片机采纳法式设计方法发生锯齿波、三角波、正弦波、方波四种波形,再通过D/A转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号,滤波放年夜,最终由示波器显示出来,通过键盘来控制四种波形的类型选择、频率变动,最终输出显示其各自的类型以及数值.方案一:通过单片机控制D/A,输出四种波形.此方案输出的波形不够稳定,抗干扰能力弱,不容易调节.但此方案电路简单、本钱低.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,再利用过零比力器转换成方波,积分电路转换成三角波.此方案,电路复杂,干扰因素多,不容易实现.方案三:利用MAX038芯片组成的电路输出波形.MAX038是精密高频波形发生电路,能够发生准确的锯齿波、三角波、方波和正弦波四种周期性波形.但此方案本钱高,法式复杂度高.以上三种方案综合考虑,选择方案一.单片机的选择论证方案一:AT89C52单片机是一种高性能8位单片微型计算机.它把构成计算机的中央处置器CPU、存储器、寄存器、I/O接口制作在一块集成电路芯片中,从而构成较为完整的计算机、而且其价格廉价.方案二:C8051F005单片机是完全集成的混合信号系统级芯片,具有与8051兼容的微控制器内核,与MCS-51指令集完全兼容.除具有标准8052的数字外设部件,片内还集成了数据收集和控制系统中经常使用的模拟部件和其他数字外设及功能部件,而且执行速度快.但其价格较贵以上两种方案综合考虑,选择方案一方案一:矩阵式键盘.矩阵式键盘的按键触点接于由行、列母线构成的矩阵电路的交叉处.当键盘上没有键闭合时,所有的行和列线都断开,行线都呈高电平.当某一个键闭合时,该键所对应的行线和列线被短路.方案二:自力式键盘.自力式键盘具有硬件与软件相对简单的特点,其缺点是按键数量较多时,要占用年夜量口线.以上两种方案综合考虑,选择方案二.2.1.3总体系统设计图2.1 总体方框图2.2硬件实现及单位电路设计在proteus中选取元器件构造出系统的仿真图,可以实际的模仿电路的运行情况,检查设计的是否合理.下面是系统的整个仿真图图2.2 系统整体仿真图2.2.1单片机最小系统的设计AT89C51是片内有ROM/EPROM的单片机,因此,这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠.用AT89C51单片机构成最小应用系统时,只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可,如图2.3 89C51单片机最小系统所示.由于集成度的限制,最小应用系统只能用作一些小型的控制单位.其应用特点:有可供用户使用的年夜量I/O口线.内部存储器容量有限.应用系统开发具有特殊性.89C51单片机最小系统2.2.2波形发生模块设计由单片机采纳编程方法发生四种波形、通过DA转换模块DAC0832在进过滤波放年夜之后输出.其电路图如下:2.3 波形发生模块如上图所示,单片机的P0口连接DAC0832的八位数据输入端,DAC0832的输出端接放年夜器,经过放年夜后输出所要的波形.DAC0832的为八位数据并行输入的.由于单片机发生的是数字信号,要想获得所需要的波形,就要把数字信号转换成模拟信号,所以该文选用价格昂贵、接口简单、转换控制容易并具有8位分辨率的数模转换器DAC0832.DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部份组成.但实际上,DAC0832输出的电量也不是真正能连续可调,而是以其绝对分辨率为单位增减,是准模拟量的输出.DAC0832是电流型输出,在应用时外接运放使之成为电压型输出.结构图如下图所示2.4 DAC0832的内部结构2.2.3键盘显示模块的设计由于本系统所用按键少,所以采纳自力键盘,其连接电路图如下:图2.5 键盘图中自力键盘引出的四根线分别接单片机的、、、,另一端接地.各开关的功能如上图所示.主法式:发生指定波形可以通过DAC来实现分歧波形发生实质上是对输出的二进制数字量进行相应改变来实现的.本题目中方波信号是利用按时器中断发生的每次中断时将输出的信号按位反即可.三角波信号是将输出的二进制数字信号依次加1到达0xff 时依次减1并实时将数字信号经D/A转换获得.锯齿波信号是将输出的二进制数字信号依次加1到达0xff 时置为0x00并实时将数字信号经D/A转换获得的正弦波是利用MATLAB将正弦曲线均匀取样后获得等间隔时刻的y方向上的二进制数值然后依次输出后经D/A转换获得.图2.6 系统的整体流程图锯齿波的实现过程是首先界说一个初值然后进行加法把持,加的步数的几多则根据要求的频率来进行.然后加到某个数之后就再重新设置为初值,再重复执行刚刚的把持,如此循环下去.流程图如下所示.锯齿波的实现的流程图下面是系统实现锯齿波的仿真结果:图2.8 锯齿波的仿真图三角波的实现是设置一个初值,然后进行加数,同样是加到某个数之后再进行减数,减到初值之后就再返回到先前的把持,这个把持跟锯齿波的实现是相似的.此法式输入的VREF的电压是+5V,因此该波形输出的最年夜频率是初值为00H和最终值为0FFH,且步数为1.法式流程图如下图所示:2.9 三角波的实现的流程图下面是系统实现三角形波的仿真结果:2.10 三角形波的仿真图此波形的实现比力简单,只需开始的时候设置一个初值然后直接输出这个值就行了,输出一段时间后,然后再重新置一个数据,然后再输出这个数据一段时间,可是此时的时间一定要即是前面那段时间.这样才是一个方波,如果两个时间不相同,那就相当于一个脉冲波了.流程图如下图所示:2.11 方波的实现的流程图下面是系统实现方波的仿真结果:2.12 方波的仿真图正弦波的实现则相比较力复杂,因为正弦波的实现是输出各个点的值就行了,可是各个点值则要通过正弦函数来求出,不外这些值直接去网上下载下来使用就可以了.输出的数据刚好是256个数据,这样则可以直接相加就可以获得理想的正弦曲线.流程图如下图所示:2.13 正弦波的实现的流程图下面是系统实现正弦波的仿真结果:2.14 正弦波的仿真结果从仿真结果来看:设计的单片机为核心的波形发生器到达了设计所要求的结果.结论经过将近一周的单片机课程设计,终于完成了波形发生器的设计,基本到达设计要求.在这次设计中,完成了一下任务:1、利用AT89C51单片机为核心,利用数摸转换芯片0832完成数摸转换2、以按键来选择要发生的波形 .3、用示波器观察波形.要设计一个胜利的电路,必需要有耐心,要有坚持的毅力.在整个电路的设计过程中,花费时间最多的是各个单位电路的连接及电路的细节设计上,如在多种方案的选择中,我们仔细比力分析其原理以及可行的原因.这就要求我们对硬件系统中各组件部份有充沛透彻的理解和研究,并能对之灵活应用.完成这次设计后,我在书本理论知识的基础上又有了更深条理的理解.同时在本次设计的过程中,我还学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料.我发现,在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实其实不是十分理想,各种参数都需要自己去调整.偶而还会遇到毛病的资料现象,这就要求我们应更加注重实践环节.最后还要在此感谢各位结业设计的指导老师们和我的组员们,他们在整个过程中都给予了我充沛的帮手与支持.致谢在我写本论文的过程中,老师给我提供了许多资料,并对实践中呈现的问题给予耐心的解答,完稿之后在百忙之中仔细阅读,给出修改意见.,在此对老师暗示感谢.参考文献[1]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].[2]李建忠.单片机原理及应用[M].[3]张毅刚, 彭喜圆, 谭晓昀, 曲春波.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业年夜学出书社.[4]康华光.电子技术基础[M].高等教育出书社.[5]张洪润,易涛.单片机应用技术教程[M].清华年夜学出书社.附录源法式:ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN: JNB P1.0,P10JNB P1.1,P11JNB P1.2,P12JNB P1.3,P13LJMP MAINP10: MOV R7,#00HLCALL SQULJMP MAINP11: MOV R7,#01HLCALL SAWLJMP MAINP12: MOV R7,#02HLCALL TRILJMP MAINP13: MOV R7,#03HLCALL SINLJMP MAINSQU: JNB P1.1,N1 //方波 JNB P1.2,N2JNB P1.3,N3LJMP SSQUN1: MOV R7,#01HLJMP TC0N2: MOV R7,#02HLJMP TC0N3: MOV R7,#03HLJMP TC0SSQU: CJNE R7,#00H,TC0MOV R0,#00H;MOV DPTR,#7FFFHK00: ;MOV A,#0FFH;MOVX @DPTR,AMOV P0,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL00: DEC R3CJNE R3,#255,L00INC R0INC R0CJNE R0,#254,K00MOV R0,#00HK01: ;MOV A,#00H;MOVX @DPTR,AMOV P0,#00HMOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL01: DEC R3CJNE R3,#255,L01INC R0INC R0CJNE R0,#254,K01LJMP SQUTC0: RETSAW: JNB P1.0,N4 // 锯形波 JNB P1.2,N5JNB P1.3,N6LJMP SSAWN4: MOV R7,#00HLJMP TC1N5: MOV R7,#02HLJMP TC1N6: MOV R7,#03HLJMP TC1SSAW: CJNE R7,#01H,TC1MOV R0,#0FFH;MOV DPTR,#7FFFHK10: ;MOV A,R0;MOVX @DPTR,AMOV P0,R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL10: DEC R3CJNE R3,#255,L10INC R0CJNE R0,#255,K10LJMP SAWTC1: RETTRI: JNB P1.0,N7 //三角形波 JNB P1.1,N8JNB P1.3,N9LJMP TTRIN7: MOV R7,#00HLJMP TC2N8: MOV R7,#01HLJMP TC2N9: MOV R7,#03HLJMP TC2TTRI: CJNE R7,#02H,TC2MOV R0,#00H;MOV DPTR,#7FFFHK20: ;MOV A,R0;MOVX @DPTR,AMOV P0,R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL20: DEC R3CJNE R3,#255,L20INC R0INC R0CJNE R0,#254,K20K21: ;MOV A,R0;MOVX @DPTR,AMOV P0,R0MOV P2,#0FFHMOV A,P2CPL AMOV R3,AL21: DEC R3CJNE R3,#255,L21DEC R0DEC R0CJNE R0,#0,K21LJMP TRITC2: RETSIN: JNB P1.0,N10 // 正弦波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。
1 引言信号发生器又称信号源或者振荡器,它是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器,在生产实践和科技领域有着广泛的应用。
信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形,波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。
信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形),然后用其他仪表测量感兴趣的参数。
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,在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。
信号发生器是一种悠久的测量仪器,早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。
随着通信和雷达技术的发展,40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器,使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。
自60年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器,这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术,由分立元件或模拟集成电路构成,其电路结构复杂,且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。
到70年代处理器出现以后,利用微处理器、模数转换器和数模转换器,硬件和软件使信号发生器的功能扩大,产生比较复杂的波形。
这时期的信号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的波形。
随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用,使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替,从而扩充了仪器信号的处理能力,提高了信号测量的准确度、精度和变换速度,克服了模拟信号处理的诸多缺点,数字信号发生器随之发展起来。
信号发生器作为电子领域不可缺少的测量工具,它必然将向更高性能,更高精确度,更高智能化方向发展,就象现在在数字化信号发生器的崛起一样。
但作为一种仪器,我们必然要考虑其所用领域,也就是说要因地制宜,综合考虑性价比,用低成本制作的集成芯片信号发生器短期内还不会被完全取代,还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。
函数信号发生器设计报告姓名:学号:指导教师:2011年12月14日函数波形发生器一、设计任务设计并制作方波和三角波的函数发生器二、设计要求函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波(锯齿波)、方波(矩形波)、阶梯波等电压波形的电路和仪器。
电路形式可以采用由运放及分离元件构成,也可采用单片集成函数发生器,根据用途不同,有产生多种波形的函数信号发生器,本设计主要为产生方波和三角波的函数信号发生器。
本次课程设计的波形发生电路以OP07J为核心,实现简易波形的输出。
滞回比较器和积分运算电路产生方波和三角波的输出。
三、设计方案和论证1、设计原理工作原理图如图1.1所示。
图中U1、R1、R2、R3、RP1、RP3共同组成同相输入滞回比较器。
当同向端输入电压大于零时,运放输出幅值为+Uz的高电平,当同向端输入电压小于零时,运放输出幅值为-Uz的低电平,故Uo1幅值为±Uz的方波U2、R4、R5、RP2、RP4共同组成积分运算电路。
当Uo1输出高电平时,电容充电,运放输出电压负方向线性增加,并反馈到滞回比较器的同向输入端,控制其输出端的状态跳变;当Uo1输出电压跳变到低电平时,电容放电,运放输出电压正方向线性增加,并反馈回去,从而在Uo2端得到周期性的频率与方波相同的三角波。
图1.1方波和三角波电路原理图2、参数计算和器件选择 (1)参数计算:滞回比较器中运放OP07J 同相输入端的电压U 同时与Uo1和Uo2有关,根据叠加原理,可得:22121211O O U R R R U R R R U +++=根据叠加原理,集成运放U 同相输入端的电位U +=U -=0,1212O O U R R U -=,滞回比较器的输出发生跳变。
阈值电压Z T U R RU 21±=。
积分电路的运算可得,)()(1002011402t U dt U C R U ⎰+-=,起始值为-U T ,终了值为+U T ,积分时间为T/2。
波形发生器设计方案一、引言波形发生器是一种电子设备,用于产生具有特定频率、振幅和形状的电信号。
它在各种应用中广泛使用,例如科学实验、医疗设备和通信系统等。
本文将介绍一种波形发生器的设计方案。
二、设计原理波形发生器的设计原理是基于振荡电路。
振荡电路是一种能够稳定产生周期性信号的电路,通常采用反馈路径来实现。
在波形发生器中,我们将采用RC振荡电路作为基础。
三、设计步骤1. 选择合适的电路元件我们需要选择合适的电容和电阻来构建RC振荡电路。
根据所需的频率范围和精度要求,选取合适的元件。
2. 计算元件数值根据振荡电路的设计公式,计算所需的电容和电阻数值。
确保电容和电阻的数值可获得并满足设计需求。
3. 组装电路根据所选的电路元件和计算得到的数值,组装RC振荡电路。
确保元件的正确连接,并注意防止干扰和噪音。
4. 调试和优化连接电源后,使用示波器监测输出信号。
如果波形不满足设计要求,可以调整电容或电阻的数值进行优化。
四、特性和功能该波形发生器设计方案具有以下特性和功能:1. 频率可调性:通过调整电容或电阻的数值,可以实现不同频率的输出信号。
2. 波形形状可变性:根据实际需求,可以调整电路参数以产生正弦波、方波、矩形波等不同形状的输出信号。
3. 稳定性和精度:经过调试和优化后,该波形发生器能够稳定输出准确的波形信号。
五、应用领域本设计方案的波形发生器可应用于以下领域:1. 科学实验:在物理、化学等实验中,需要产生特定频率和形状的信号,用于测试和研究。
2. 医疗设备:在医疗设备中,波形发生器常用于心电图机、超声设备等,用于诊断和治疗。
3. 通信系统:在通信系统中,波形发生器被用于产生调制信号和时钟信号等,保证通信的稳定和可靠。
六、总结波形发生器是一种重要的电子设备,在多个领域中发挥着重要作用。
本文介绍了一种基于RC振荡电路的波形发生器设计方案,通过选择合适的元件、计算数值、组装电路和调试优化等步骤,可以实现频率可调、波形形状可变的输出信号。
波形发生器函数信号发生器设计课程设计课程目录设计一、设计要求------------------------------------------------2 二、设计的作用与目的------------------------------------2 三、波形发生器的设计------------------------------------31、函数波形发生器原理和总方案设计-------------------32、方案选择及单元电路的设计---------------------------53、仿真与分析----------------------------------------------9 4、PCB版电路制作-----------------------------------------13四、心得体会-----------------------------------------------15 五、参考文献-----------------------------------------------16 附录1课程设计波形发生器的设计电路函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
通过对函数波形发生器的原理以及构成分析,可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。
一、设计要求设计一台波形信号发生器,具体要求如下: 1.该发生器能自动产生正弦波、三角波、方波。
2.指标:输出波形:正弦波、三角波、方波。
频率范围:1Hz_10Hz,10Hz_100Hz ,100Hz_1KHz,1KHz_10KHz。
输出电压:方波VP-P≤24V,三角波VP-P=8V,正弦波VP-P>1V; 3.频率控制方式:通过改变RC时间常数手控信号频率。
4.用分立元件和运算放大器设计的波形发生器要求用EWB进行电路仿真分析,然后进行安装调试。
目录第一章绪论- 1 -1 绪论………………………………...- 1 -第二章设计方案- 1 -2.1 方案………………………………- 1 - 2.2方框图…………………………….- 2 - 2.3工作过程………………………….- 2 -第三章波形发生器的基本原理- 2 -3.1 波形发生器的组成………………- 2 - 3.2 正弦波发生器……………………- 2 - 3.3 方波发生器………………………- 4 - 3.4 三角波发生器……………………- 6 - 3.5 直流稳压电源……………………- 8 - 第四章波形发生器的整体电路设计- 10-4.1 整体电路………………………..- 10 - 4.2 原理……………………………..- 11 -参考文献- 11 -附录:器件清单- 11 -第一章绪论1 绪论函数信号发生器是一种能够产生多种波形,通过对函数波形发生器的原理以及构成分析,可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。
信号发生器采用模拟电子技术,由分立元件构成振荡电路和整形电路,产生各种波形,这种信号发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。
一般的传统发生器都是采用的谐振法,即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡,获得所需频率。
但也可以根据频率合成技术来获得所需频率。
利用频率合成技术制成的信号发生器,被称为合成信号发生器。
随着微处理器性能的提高,出现了由微处理器、D/A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。
它扩展了波形发生器的功能,产生的波形也比以往复杂。
实质上它采用了软件控制,利用微处理器控制D/A,就可以得到各种简单波形。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
在测试与测量技术过程中,常用到已知函数波形的数字化生成,它在许多与测量有关的领域有着不可替代的作用。
例如,数字化仿真,常被用于算法研究、模型研究、系统辨识或以蒙特卡罗法搜索模型与算法。
任意波形发生器出现以后,给人们提供的不仅是一个通用的基础技术平台,而是在人们面前打开了通往无限宽广空间的一扇门,使得人们对于信号波形的掌握与应用再也不必局限于简单的正弦波、方波等几种有限的波形了,它可以按照人们提供的测量序列产生出几乎任意形状的连续波形信号。
正 文1 选题背景波形发生器又名信号源,广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域;雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用;如今作为电子系统心脏的信号源的性能很大程度上决定了电子设备和系统的性能的提高,因此随着电子技术的不断发展,现今对信号源的频率稳定度、频谱纯度和频率范围以及信号波形的形状提出越来越高的挑战;指导思想利用NE555构成多谐振荡器产生方波,根据LM324输出的锯齿波分别通入低通滤波器和高通滤波器就可以输出正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ;方案论证方案一:使用NE555芯片构成多谐振荡器,输出方波,通过锯齿波发生电路产生锯齿波,然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器,通过滤波产生一次,8KHz 到10KHz 的正弦波,然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器,输出三次正弦波;其中滤出三次谐波的理论依据是,由于锯齿波是一个关于t 的周期函数,并且满足狄里赫莱条件:在一个周期内具有有限个间断点,且在这些间断点上,函数是有限值;在一个周期内具有有限个极值点;绝对可积;方案二:使用功放构成文森桥式震荡电路,产生出8KHz~10KHz 的正弦波;接着是用NE555芯片,搭建出施密特触发电路,产生脉冲波输出;将脉冲波分别输入一个KHz f H 10=的低通滤波器和24KHz~30KHz 的带通滤波器电路中,产生一次和三次正弦波;最初方案设计的大体思路在方案一和方案二之间犹豫不决,于是将两个电路的大体电路都进行了简单的设计,发现方案二存在很多的问题很难解决;问题一:如果使用文森桥式震荡器产生正弦波,改变震荡频率就需要改变RC 常数,要同时改变两个R 在实际电路中,同时改变两个电容的值是很复杂的,而且这样也无法得到一个8KHZ~10KHz的连续的频率,需要双滑动变阻器并且要保证滑动变阻器改变的值完全相同,有一定困难;问题二:NE555芯片搭建出来的是一个简单的施密特触发器,输入正弦波之后,输出的脉冲波的占空比是不可以调整的,不满足实验要求的占空比可调的条件;要是施密特触发器产生的脉冲波的占空比可调会是该电路进一步复杂化;问题三:LM324芯片的功放不够,由于有600负载电阻的限制,输出波形的峰峰值不能简单的通过电阻的分压来实现;鉴于方案二存在的问题能以解决,我们就确定选择方案一的整体思路进行方案的设计;基本设计任务用555 定时器和四运放LM324 设计并制作一个频率可变的、能够同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波I 和正弦波II 的波形产生电路;1四通道同时输出;每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波I 和正弦波II 中的一种波形,通道负载电阻均为600 欧姆;2四通道输出波形的频率关系为1:1:1:3三次谐波;脉冲波、锯齿波、正弦波I 输出频率范围为8kHz~10kHz,正弦波II 的输出频率范围为24kHz~30kHz;输出波形无明显失真;3频率误差不大于10%,通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%;2 电路设计工作原理NE555构成了多谐振荡器,内部可以产生脉冲波和锯齿波,将锯齿波经过LM324一个比例运算放大电路,就可以得到所需的锯齿波;然后让锯齿波输出分别通入由LM324组成的低通滤波器电路和高通滤波器电路,就可得到一次正弦波和二次正弦波;3 各主要电路及部件工作原理脉冲波产生电路脉冲波由NE555芯片搭建的多稳态谐振器振动产生,频率可调,为KHz10;参考8~KHzNE555芯片使用手册可知,芯片输出波形的峰峰值为10V左右;使用Multisim仿真的脉冲波产生电路如下图1所示;图1 脉冲波发生电路利用软件进行波形的仿真,得到脉冲波的图形如图2所示图2 脉冲波仿真波形锯齿波发生电路在锯齿波发生电路的设计中,原始方案是采用教材中的锯齿波发生电路,是通过调整积分电路的正向和反向时间常数的不同,对输入信号的脉冲波进行积分产生锯齿波该电路是需要二极管的;开始是按照这个思路进行仿真的;因为要同时调整正向和反向积分的时间常数,于是我们就想可以在调整脉冲波的输出频率的时候,只改变高电平或者低电平的持续时间,然后在锯齿波发生电路中选取合适的电容值,然后就可以讲正向或者反向的电阻值固定,只改变另一方向的电阻值就可以了;见图3是该方案的仿真电路图3 锯齿波产生电路见图1,是用NE555产生出脉冲波,然后通过锯齿波产生电路,这里仿真没有选择功放为LM324,未考虑600的负载电阻以及输出的峰峰值;脉冲波和锯齿波发生电路的参数取值如下根据NE555芯片的使用手册,有以下有用公式:根据以上的公式,就可以计算出理论上的各种参数:在对锯齿波进行仿真的时候,发现波形有些失真,上网查阅资料后得知要是RC 常数跟脉冲波的时间相匹配才行;去锯齿波发生电路的参数选择及计算过程如下:如图1所示,1R 为一个ΩK 9电阻和一个ΩK 3电位器组成,2R 取Ω700仿真结果见图4的锯齿波;图4 锯齿波仿真波形从图4的波形中算出锯齿波的峰峰值为由于要求负载电阻为Ω600,不能直接进行分压来控制峰峰值为V 1,再用功放来满足峰峰值的要求的话,LM324的四功放无法满足整个电路的需求,因此这种锯齿波的单元电路就被放弃了,需要进行改进;查阅资料发现了在NE555芯片构成的脉冲波发生电路中就有锯齿波,只需要在该处输出,然后调整峰峰值便可以得到要求的锯齿波;改进后的电路仿真图如下图5;图5 改进后的脉冲波和锯齿波发生电路改进后的电路对脉冲波发生电路的参数也进行了调整,让脉冲波的占空比接近一半;锯齿波发生电路是一个反向比例运算电路,由公式参数的选择如下:对该电路进行软件仿真得到理论上的锯齿波波形,见图6;图中另一个波形是NE555芯片的输出波形;图6 改进电路后的脉冲波和锯齿波的仿真波形得到的锯齿波的峰峰值约为V 1,频率与NE555芯片产生的脉冲波频率保持一致,满足实验要求,就完成了锯齿波波形发生电路的理论设计;正弦波发生电路在电路的设计初期,一次正弦波,也就是KHz 8~KHz 10的正弦波发生电路是采用的是截止频率为KHz f c 10=的二阶压控电压源低通滤波器,电路图见下图图7 二阶压控电压源低通滤波器原理图根据截至频率KHz f c 10=,查图确定电容的标称值图8 二阶压控电压源低通滤波电路参数选取参考图取nF C 3.3=查表确定电容1C 的值,以及1=K 时对应的电阻;表1 -1 二阶压控电压源低通滤波器参数表因为低通滤波器的输入直接从锯齿波发生电路的输出端引入,峰峰值为V 1,所以 将上列阻值乘以计算出来的K 值进行电路仿真后电路图如图图9 二阶压控电压源低通滤波器仿真电路图9下部分就是二阶压控电压源低通滤波器电路一次正弦波产生电路,蓝色的线分别是滤波器的输入和输出端,其中输入端是锯齿波发生电路的输出端,即输入峰峰值为V 1的锯齿波;仿真的波形如下图9所示图10 一次正弦波仿真波形图中,上部分波形是输入的峰峰值为V 1的锯齿波,下部分是一次正弦波,频率与锯齿波保持一致,但是峰峰值没有达到实验要求的V 1,有所衰减;于是对电路的参数重新选择; 修改后的仿真电路图如下图11 改进后的二阶压控电压源低通滤波电路再次进行波形的仿真,结果如下图:图12 改进后的一次正弦波仿真波形从仿真结果可以发现,波形的峰峰值又超过了V 1,对电路进行理论分析,发现因为使用的单电源,偏置电阻ΩK 10影响了原本与地直接只有ΩK 10的3R 的阻值,串上了偏置电阻;根据二阶压控电压源电路的放大倍数公式341R R A v +=进行电阻的调整;取Ω=K R 1003得到的满足条件的峰峰值为V 1的一次正弦波;上面的波形是从锯齿波发生电路输出的锯齿波,下面的是经过低通滤波器之后产生的一次正弦波波形,两个波形的峰峰值单位都是Div V /5,可知波形在KHz KHz 10~8的仿真结果都满足实验要求;该部分的仿真设计就完成了;图13 一次正弦波仿真波形二次正弦波发生电路二次正弦波的电路的设计思路是通过一个通带为zKH的带通滤波器;设计z24KH30~该滤波器是采用的无限增益多路反馈MFB电路;该电路的电路图如下所示;图14 无限增益多路反馈电路原理图该电路有以下公式方便参数选择为了使通带更加平坦,应该尽量使Q值大,查二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表表1-2 无限增益多路反馈电路参数选择表参数选择如下:仿真的电路图如下图所示:图15 无限增益多路反馈电路带通滤波器对电路进行波形仿真时发现,当接入一个波形发生器进行测试的时候,输出的波形不会随着输入信号的频率变化而变化,始终为z17KH左右,于是想到没有接输入信号,直接查看输入端和输出端的波形,结果如下:图16 无限增益多路反馈电路的自激振荡仿真波形仿真的波形图中上面的波形是A 端,即输入端的波形,下面的波形是输出端的波形,两个探针A/B 分别放在输入和输出端;这里没有输入的信号,输出却稳定在将近z 18KH ,可知电路产生了自激震荡;对电路进行改进,重新选取参数对电路的波形进行仿真,发现峰峰值比较小,与实验要求差距较大,由13232121202R R A C R R R R R w v -=+=,,可知,缩小1R 的值会使放大倍数v A 增大,而且对通带的中心频率0w 影响也较小;电容值取实验室有的电容nF C 3.3=;改进后的电路图如下所示图17 改进后的无限增益多路反馈电路对电路进行仿真,查看仿真出的波形结果如下图,由波形可以知道该电路产生的三次正弦波的频率是满足实验要求的,但是峰峰值没有达到要求的9V;两个波形的峰峰值单位分别是Div V /1和Div V /5图18 三次正弦波仿真波形4 原理总图图19 总体方框图5 元器件清单表1-3 元器件清单6 调试过程及测试数据或者仿真结果为使电路便于调试我们采用分块调试的方法;通电前检查电路安装完毕后,经检查电路各部分接线正确,电源、元器件之间无短路,器件无接错现象;仿真结果图20 总体仿真波形图实验结果分析观察示波器上显示波形,可以看出方波和锯齿波以及正弦波波形良好,没有失真现象,达到了课题的要求;7 小结本次实验时间较长,在仿真设计电路的阶段占了很大一部分时间,拖慢了实验进度;在电路仿真设计中,开始没有选取实验要求使用的LM324运放,导致在设计无限增益多路反馈电路时出现了自激振荡而找不到具体的原因;掌握了单电源的使用方法,以及对单电源电路的参数选择,以及尽量减小单电源偏执电路对原电路影响的方法;了解了运放的型号不同,参数会有所不同,会很大地影响电路仿真的结果;在实际电路的制作过程中,因为电阻、电容值的误差,实际需要进行参数的再次调整,而且有些电路焊接的影响在电路仿真阶段是无法预知的;8 体会通过这次课设使我学到了很新的东西,知道了怎样去设计电路、调试电路以及对电路进行修正,体会到了理论与实践的差异;课程设计虽然有点难.但是确实能锻炼我们对知识的掌握以及运用理论指实践的能力;当我一着手清理自己的设计成果,一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消.虽然这是我刚学会走完的第一步,也是人生的一点小小的胜利,然而它令我感到自己成熟的许多,通过课程设计,使我深体会到,干任何事都必须耐心,细致.通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力,同时也是我们懂得小心谨慎的重要性;参考文献1阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.20062康华光.电子技术基础模拟部分.华中科技大学. 高等教育出版社.20063马全喜.电子元器件与电子实习.机械工业出版社.20064何杜成、袁跃进.电机-光电显示-改进应用电路.山东科学技术出版社.2007 5李志健. 数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.20076杨刚、周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社.2004。
函数波形发生器的设计 一、实验目的拓展模拟集成电路的应用。
二、实验原理在无线电通信,测量,自动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发生器,常用的波形是正弦波,矩形波(方波)和锯齿拨。
随着集成电路技术的发展,已有能力同时产生同频的方波,三角波和正弦波的专用集成电路,称为函数波形发生器,如ICL8038。
1. 函数波形发生器专用集成电路ICL8038就是一个函数波形发生器,其引出脚的排列及性能见附录一。
典型应用电路如图5-2-1所示。
Rw110kR120k-12v方波正弦波三角波图5-2-1 ICL8038典型应用电路ICL8038的内部原理见图5-2-2所示。
6+211V-(或地)CSCSS图5-2-2 ICL8038内部原理框图其基本工作原理如下。
CS1和CS2是两个恒流源,它们和外接的定时电容C组成积分电路。
电平比较器1和2以及双稳态触发器组成积分电路的控制电路。
定时电容C上的三角波经缓冲级后由3脚输出。
双稳态电路输出的方波经缓冲级后由9脚输出。
三角波再经过一个正弦波变换器后边为正弦波由2脚输出。
若要提高正弦波输出的带载能力,则可再外接一级跟随器。
恒流源CS1与外接电容C固定连接在一起,而恒流源CS2则由双稳态电路控制的开关S来决定是否与电容C接通。
若开关S断开,则只有CS1以电流I向电容C充电,电容C上的电压线性增大。
当该电压上升到比较器1的阈值电平(电源电压的2/3)时,双稳态电路翻转,S接通,此时,恒流源CS2以电流2I向电容C反向充电,由于同时还存在着CS1的作用,所以电容C将以电流I放电,电容C上的电压线形减小。
当该电压下降到比较器2的阈值电平(电源电压的1/3)时,双稳态电路复位,S断开,仅剩下CS1向电容C充电。
如此反复,从而形成振荡。
由上述可见,只有当恒流源CS1=I,CS2=2I时,电容C的充、放电时间常数才相等,这时输出的三种波形均对称。
不然,三角波将变为锯齿波,方波将变为矩形波(占空比>50%),正弦波将严重失真。
波形发生器设计方案1. 简介波形发生器是一种用于产生各种波形信号的电子设备。
波形发生器广泛应用于电子实验、通信、测试等领域,具有重要的实际意义。
本文将介绍一个基于数字技术的波形发生器设计方案。
2. 设计原理波形发生器的设计原理是基于数字信号处理技术的。
主要包括以下几个步骤:1.选择合适的数字信号处理器(DSP)芯片作为波形发生器的核心处理器。
DSP芯片具有强大的数学运算能力和高速数据处理能力,适合用于波形生成。
2.实现波形发生器的数字信号处理算法。
根据需求,可以选择正弦波、方波、三角波等常见的波形形式。
具体的算法实现可以利用DSP芯片提供的数学运算指令和运算库来完成。
3.将数字信号处理器与外部模拟电路相连。
使用模数转换器(ADC)将DSP芯片生成的数字信号转换为模拟信号,然后通过低通滤波器进行滤波处理,最后输出所需的波形信号。
3. 设计步骤步骤一:选择合适的DSP芯片根据波形发生器的性能要求,选择一款功能强大的DSP芯片作为波形发生器的核心处理器。
考虑芯片的计算能力、存储容量、接口类型等因素。
步骤二:实现波形生成算法根据需求,在选择的DSP芯片上开发波形生成算法。
可以使用C语言或者汇编语言来编写算法代码。
常见的波形生成算法包括:•正弦波生成算法:利用正弦函数的周期性特点,通过离散化计算得到正弦波的采样值。
•方波生成算法:通过周期性地改变正负值来生成方波的采样值。
•三角波生成算法:通过线性函数的斜率逐渐增大或减小来生成三角波的采样值。
步骤三:连接外部模拟电路将DSP芯片与外部模拟电路相连。
使用模数转换器将DSP芯片生成的数字信号转换为模拟信号。
选择合适的ADC芯片,并配置相应的通信接口。
步骤四:滤波处理与输出通过低通滤波器对模拟信号进行滤波处理。
滤波器的设计要考虑去除数字信号的高频成分,保留所需波形的频谱特性。
最后,将滤波后的信号输出到波形发生器的输出端口。
4. 总结本文介绍了一种基于数字技术的波形发生器设计方案,通过选择合适的DSP芯片、实现波形生成算法、连接外部模拟电路和滤波处理与输出等步骤,可以实现高性能、多种波形的波形发生器。
波形发生器设计实验报告(推荐阅读)第一篇:波形发生器设计实验报告波形发生器设计实验报告一、设计目的掌握用99SE软件制作集成放大器构成方波,三角波函数发生器的设计方法。
二、设计原理波形发生器:函数信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。
按信号波形可分为正弦信号、函(波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。
而波形发生器是指能够输出方波、三角波、正弦波等多种电压波形的信号源。
它可采用不同的电路形式和元器件来实现,具体可采用运算放大器和分立元件构成,也可用单片专用集成芯片设计。
设计原理图:三、设计元件电阻:R1 5.1K、R2 8.2K、R3 680、R4 3K、R5 39KR6 1K、R7 39K、R8 39K 电容:C 1uF 运算放大器:U1A LM324、U1B LM324 二极管:D1 3.3V、D23.3V 滑动变阻器:RW1 10K 接口:CON3 地线、GND四、设计步骤大概流程图1、打开99SE,建立Sch文件。
绘制原理图。
绘制原理图时要注意放大器的引脚(注意引脚上所对应的数字)和二极管的引脚(注意原理图和PCB中的引脚参数是否一致)。
元件元件库代码电阻:RES2 滑动变阻器:POT2电容:CAP 放大器:OPAMP 二极管:ZENER3 元件封装代码电阻: AXIAL0.4 滑动变阻器:VR5 放大器:DIP14二极管:DIODE0.4 电容:RB.2/.42、生成网络表格本步骤可完成建立材料清单(可执行report中的Bill of Material)、电器规则检查(Tools中ERC)、建立网络表(Design中Create Netlist,点击OK即可)3、PCB文件的设置建立PCB文件单双面板设置:Design中Options进行设置单双面板,及面板大小(8cm*7cm)建立原点(Edit中Origin中的set)并在KeepOutLayer层中制板4、引入网络表执行Design中Load Nets载入网络表,屏幕弹出对话框,点击Browse按钮选择网络表文件(*net),载入网络表,单机Execute,便成功引入网络表。
1 引言信号发生器又称信号源或者振荡器,它是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器,在生产实践和科技领域有着广泛的应用。
信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形,波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。
信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形),然后用其他仪表测量感兴趣的参数。
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,在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。
信号发生器是一种悠久的测量仪器,早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。
随着通信和雷达技术的发展,40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器,使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。
自60年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器,这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术,由分立元件或模拟集成电路构成,其电路结构复杂,且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。
到70年代处理器出现以后,利用微处理器、模数转换器和数模转换器,硬件和软件使信号发生器的功能扩大,产生比较复杂的波形。
这时期的信号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的波形。
随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用,使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替,从而扩充了仪器信号的处理能力,提高了信号测量的准确度、精度和变换速度,克服了模拟信号处理的诸多缺点,数字信号发生器随之发展起来。
信号发生器作为电子领域不可缺少的测量工具,它必然将向更高性能,更高精确度,更高智能化方向发展,就象现在在数字化信号发生器的崛起一样。
但作为一种仪器,我们必然要考虑其所用领域,也就是说要因地制宜,综合考虑性价比,用低成本制作的集成芯片信号发生器短期内还不会被完全取代,还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。
1.设计题目:波形发生电路2.设计任务和要求:要求:设计并用分立元件和集成运算放大器制作能产生方波和三角波波形的波形发生器。
基本指标:输出频率分别为:102H Z、103H Z;输出电压峰峰值V PP≥20V3.整体电路设计1)信号发生器:信号发生器又称信号源或振荡器。
按信号波形可分为正弦信号、函数(波形)信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波。
通过模拟电子技术设计的波形发生器是一个不需要外加输入信号,靠自身振荡产生信号的电路。
2)电路设计:整体电路由RC振荡电路,反相输入的滞回比较器和积分电路组成。
理由:a)矩形波电压只有两种状态,不是高电平,就是低电平,所以电压比较器是它的重要组成部分;b)产生振荡,就是要求输出的两种状态自动地相互转换,所以电路中必须引入反馈;c)输出状态应按一定的时间间隔交替变化,即产生周期性变化,所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。
RC振荡电路:即作为延迟环节,又作为反馈电路,通过RC充放电实现输出状态的自动转换。
反相输入的滞回比较器:矩形波产生的重要组成部分。
积分电路:将方波变为三角波。
3)整体电路框图:为实现方波,三角波的输出,先通过 RC 振荡电路,反相输入的滞回比较器得到方波,方波的输出,是三角波的输入信号。
三角波进入积分电路,得出的波形为所求的三角波。
其电路的整体电路框图如图1所示:图14)单元电路设计及元器件选择 a ) 方波产生电路根据本实验的设计电路产生振荡,通过RC 电路和滞回比较器时将产生幅值约为12V 的方波,因为稳压管选择1N4742A (约12V )。
电压比较电路用于比较模拟输入电压与设定参考电压的大小关系,比较的结果决定输出是高电平还RC 振荡电路积分电路方波三角波 反相输入的滞回比较生成生成 输入积分电路输入是低电平。
滞回比较器主要用来将信号与零电位进行比较,以决定输出电压。
函数波形发生器硬件电路设计1.概述函数波形发生器,可以产生某些特定的周期性时间函数波形(正弦波、方波、三角波、锯齿波等)信号,频率范围从几微赫到几十兆赫。
它在国内外电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频发射。
除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于其他非电子测量领域。
函数发生器在测量中作为信号源的应用也是非常广泛的。
国际上波形发生器技术发展主要体现在以下两个方:(1)过去由于频率很低应用的范围比较狭小,输出波形频率的提高,使得波形发生器能应用于越来越广的领域。
波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。
波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。
同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式,复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成V=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。
从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展,对各种计算机语言的飞速发展以及对任意波形发生器软件方面的技术起到了推动作用。
目前可以利用可视化编程语言(如Visual Basic , Visual C等等)编写任意波形发生器的软面板,同样允许从计算机显示屏上输入任意波形,来实现波形的输入。
(2)随着信息技术蓬勃发展,台式仪器在走了一段下坡路之后,又重新繁荣起来。
不过现在新的台式仪器的形态,和几年前的己有很大的不同。
这些新一代台式仪器具有多种特性,可以执行多种功能。
而且外形尺寸与价格,都比过去的类似产品减少了一半。
要得到一个频率稳定的正弦波、矩形波等多种波形的方法也很多,但是就国内外研究人员大多数研究状况都表明设备的成本都比较昂贵,电路比较复杂, 为了节约成本,故本次设计利用单片机的基本性质,数字电路,模拟电路,通信原理以及C语言的应用,采用软硬件的方法来实现一个稳定性、可靠性较好, 智能性强,电路操作简单,成本较低,能在键盘电路的控制下输出正弦波、方波、锯齿波、三角波并且频率可以调整、方波的占空比也可以进行调整的函数波形发生器。
波形发生器电路设计与制作波形发生器电路设计与制作是电子技术中非常重要的一部分。
波形发生器主要用于产生各种类型的电子信号,如正弦波、方波、三角波、锯齿波等,广泛应用于实验室、电子产品测试和各种电子系统中。
在这篇文章中,我们将介绍波形发生器电路的设计与制作过程。
接下来,我们需要选择合适的电子元件来实现波形发生器电路。
根据波形类型的不同,我们需要选择不同的电子元件。
例如,要产生正弦波,可以使用一个运放芯片和一组电阻、电容来实现。
在电路设计过程中,我们需要考虑一些重要的因素,如频率稳定性、波形失真、输出幅度等。
频率稳定性是指波形发生器电路产生的波形频率在一定范围内保持稳定。
为了提高频率稳定性,我们可以使用一个稳压电源和一个精度较高的电容。
波形失真是指波形发生器产生的波形与理想的波形之间的偏差。
为了减小波形失真,我们可以使用滤波电路对波形进行滤波处理。
输出幅度是指波形发生器输出的信号的幅度大小。
为了调整输出幅度,可以使用电阻分压电路或放大电路。
在电路设计完成后,我们可以进行电路调试和测试。
首先,我们需要验证电路的基本功能,即产生所需的波形类型。
然后,可以使用示波器和频谱分析仪等测试设备,对波形发生器电路进行性能测试。
电路制作是波形发生器电路设计的最后一步。
在制作电路时,我们需要选取合适的电子元件和电路板,并按照电路设计图进行布线和焊接。
制作完成后,我们需要进行电路测试和性能调试。
综上所述,波形发生器电路设计与制作是一项繁琐的工作,但在电子技术中具有广泛应用。
通过合理选择电子元件、合理设计电路和仔细调试电路,我们可以获得高质量的波形发生器电路。
希望通过本文的介绍,读者能够对波形发生器电路的设计与制作有所了解。
淮北师范大学课程设计成果报告课程设计名称:数字式波形发生器的设计院别:信息学院年级专业:2008级电子信息科学与技术小组成员:031 李传登033 李鹏036 廖纯生062 王树周066 吴桐073 徐周泽指导教师赵庆平老师日期2010年6月20日【数字式波形发生器工作原理】一、波形发生器原理框图如图(1)所示图(1)波形发生器原理框图二、直接地址计数器产生方法工作过程是,假设如果计数器的位数为N 位(模值=2N ),则把波形的一个周期分为2N 个等间距数据点(称之为抽样点)并存入数据存储器。
地址计数器不断地进行循环计数,就会产生出每一个周期为2N 个固定点的波形。
该方法的特点是:每一个波形周期的点数是固定的,每一个周期内,点与点之间的相位间隔相同。
但是,两个相邻周期波形之间的相邻两个点的相位间隔与其它点之间的相位间隔有可能会不相同。
当计数器的位数N 增大时,这种相邻间隔的误差就可以忽略不计了。
如果产生的波形是循环读出的周期波形,则波形的频率是由两方面来决定的:一方面,波形的频率是由地址计数器的计数时钟来决定的,当波形存储的点数一定时,计时器的计时时钟频率越快,读出一周期波形数据的时间就越短,生产输出波形的频率就越高,反之,则波形的频率将会越低;另一方面,波形的频率也由组成一周波形的点数来确定,当计数时钟频率一定时,一周期累的波形点数越多,读完一周波形所需的时间也就越长,则波形的频率就越低,反之,则波形的频率越高。
下面假设地址计数器的标准时钟频率为fr,计数器的位数为N 位,一个周期的波形点数为M 个,输出波形的频率为f,则输出波形的频率f与时钟频率fr、M 的关系式为:Mffr从上式可知,若fr为一固定值时,波形的最小频率是:由于波形的最高频率受到奈奎斯特抽样定理的限制,即至少每一周期要抽样两个点,所以可得输出波形的最大频率是:【波形发生器设计中应考虑的几个问题】一、D/A 转换器的指标波形发生器的特性很大程度上取决于D/A 转换器的性能。
题目数字函数波形发生器电路设计
班级电子科学与技术一班
学号 114040300
姓名
指导______ ____ ________
时间 2017.3.25 景德镇陶瓷大院
电子综合技术课程设计任务书
目录
1、总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
2、存储器和转换器的选择 (4)
3、波形发生器实现电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
4、波形发生器总电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5、元器件管脚图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
6、波形发生器的操作步骤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
7、元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
8、课程设计体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
9、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
【数字式波形发生器工作原理】
一、波形发生器原理框图如图(1)所示
图(1) 波 形 发 生 器 原 理 框 图
二、直接地址计数器产生方法
工作过程是,假设如果计数器的位数为N 位(模值=2N ),则把波形的一个周期分为2N 个等间距数据点(称之为抽样点)并存入数据存储器。
地址计数器不断地进行循环计数,就会产生出每一个周期为2N 个固定点的波形。
该方法的特点是:每一个波形周期的点数是固定的,每一个周期内,点与点之间的相位间隔相同。
但是,两个相邻周期波形之间的相邻两个点的相位间隔与其它点之间的相位间隔有可能会不相同。
当计数器的位数N 增大时,这种相邻间隔的误差就可以忽略不计了。
如果产生的波形是循环读出的周期波形,则波形的频率是由两方面来决定的:一方面,波形的频率是由地址计数器的计数时钟来决定的,当波形存储的点数一定时,计时器的计时时钟频率越快,读出一周期波形数据的时间就越短,生产输出波形的频率就越高,反之,则波形的频率将会越低;另一方面,波形的频率也由组成一周波形的点数来确定,当计数时钟频率一定时,一周期累的波形点数越多,读完一周波形所需的时间也就越长,则波形的频率就越低,反之,则波形的频率越高。
下面假设地址计数器的标准时钟频率为f
r
,计数器的位数为N 位,一个周期
的波形点数为M 个,输出波形的频率为
f
,则输出波形的频率
f
与时钟频率
f
r
、
M 的关系式为:
M
f
f
r
=
从上式可知,若
f
r
为一固定值时,波形的最小频率是:
)(2
2
min
0N
N
r M f f
=
=
由于波形的最高频率受到奈奎斯特抽样定理的限制,即至少每一周期要抽样两个点,所以可得输出波形的最大频率是:
)2(2
max
0==
M f
f
r
【波形发生器设计中应考虑的几个问题】
一、D/A 转换器的指标
波形发生器的特性很大程度上取决于D/A 转换器的性能。
性能指标主要有D/A 的转换速率和分辨率(位数)。
通常,告诉D/A 的分辨率较低,目前常采用的有8位、10位和12位的D/A 转换器。
8位的D/A 转换器的分辨率有28
=256个离散电压等级,而12位的D/A 转换器的分辨率有212
=4096个电压等级,因此,D/A 转换器的位数越多,分辨率就越高,再现的波形的量化误差就越小,从而波形的失真度越小。
因此,应选择适合的分辨率的D/A 转换器。
二、波形存储器的选择
存储器的选择可以根据波形产生的功能要求,可以选择随机存储器(RAM )或者只读存储器(EPROM )。
(1)随机存储器RAM
RAM 存储器时,设计者可以通过计算机编程及I/O 接口电路对RAM 进行波形存储,实现任意波形和函数发生器,甚至,可以通过键盘输入方程式或者从显示器扫描曲线产生比较复杂的波形。
RAM 存储方式可以通过计算机改变波形点数和分频系数两个参数来改变波形的频率。
RAM 存储器与计算机实现波形发生器的原理框图如图(2)所示。
图(2) 计算机控制实现波形发生器的原理框图
(2)只读存储器EPROM
如果设计的波形发生器只要求实现集中确定的波形时,可预先利用EPROM 编程器写好各种波形的数据表,然后通过计数器查表来产生波形。
EPROM 存储的波形数据不能改变,因此信号频率的改变靠改变分频系数来实现。
EPROM 存储方式的波形发生器电路结构简单
本实验选用EPROM 只读存储器。
【波形发生器实现电路】
一、波形数据存储表
波形发生器产生的各种波形数据存储在存储器中,电路中的存储器选用2764EPROM,存储容量为8K x 8。
本设计电路的存储器只存了四种波形的数据表,每一种波形用1K个存储单元存储一个周期,公用4K个内存,其余4K可供扩展波形种类使用。
四种波形的数据表地址和对应的存储单元内容如下表(1)
所示。
从表中可以看出每一种波形的高三位地址A12、A11、A10不变,只有
A9~A0十位地址从全0变为全1。
表(1)四种波形的数据表地址及对应的存储单元内容
二、地址计数器电路
地址计数器由三块74161构成最大模值为1024的计数器。
地址计数器从0000000000B计到全1111111111B,可循环产生1K个地址。
对4K个波形寻址时EPROM的A12可直接接地,只要用开关S1、S2选择A11、A10从00到11,就可以实现四种波形的选择输出。
555定时器构成的多谐振荡器输出电路。