函数信号发生器设计(三角波、方波、正弦波发生器)

课程设计任务书（一）设计目的1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。

2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。

3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。

（二）设计技术指标与要求1、设计要求（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；（2）输出信号的频率要求可调；（3）拟定测试方案和设计步骤；（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；（6）测量输出信号的幅度和频率；（7）撰写设计报告。

2、技术指标频率范围：100Hz~1KHz 1KHz~10KHz；输出电压：方波V P-P≤24V，三角波V P-P=6V，正弦波V P-P=1V；方波t r小于1uS。

（三）设计提示1、方案提示：（1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。

（2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。

2、设计用仪器设备：示波器，交流毫伏表，数字万用表，低频信号发生器，实验面包板或万能板，智能电工实验台。

3、设计用主要器件：（1）双运放NE5532（或747）1只（或741 2只）、差分管3DG100 4个、电阻电容若干；（2）IC8038、数字电位器、电阻电容若干。

4、参考书：《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版社《模拟电子技术基础》康华光主编高等教育出版社《模拟电子技术》胡宴如主编高等教育出版社（四）设计报告要求1、选定设计方案；2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值；3、列出测试数据表格；4、调试总结，并写出设计报告。

（五）设计总结与思考1、总结信号发生器的设计和测试方法；2、总结设计信号发生器所用的知识点；3、三角波的输出幅度是否可以超过方波？4、IC8038的输出频率与哪些参数有关？如何减小失?目录第1章设计要求与设计指标 (5)1.1设计技术指标与要求 (5)1.1.1设计要求 (5)1.1.2设计技术指标 (5)第2章理论分析 (6)2.1简易信号发生器设计方案 (7)2.1.1方案一原理框图 (7)2.1.2方案二原理框图 (7)2.1.3方案三原理框图...........................‥ (7)2.2函数发生器的选择方案 (8)第3章具体内容设计 (8)3.1各组成部分的工作原理 (8)3.1.1方波、三角波发生电路的工作原理 (8)3.1.2三角波--正弦波转换电路的工作原理 (8)3.1.3总电路图 (8)3.2参数确定 (9)3.3 EWB仿真电路 (10)3.3.1仿真输出三角波和方波 (10)3.3.2仿真正弦波和方波输出……………………………………………(10）3.3.3仿真三角波与正弦波输出 (11)3.4 protel制图及PCB板的制作和电路的安装 (12)3.4.1PCB布线图 (12)3.4.2 PCB板底层布线图 (13)3.4.3 PCB板的制作 (14)3.4.4将各元件安装到PCB板上 (14)第4章实验结果与测试 (15)4.1方波---三角波转换电路的实验结果 (15)4.2正弦波发生电路的实验结果 (16)结束语 (16)仪器仪表清单 (17)参考文献 (17)致谢 (18)第1章设计要求与设计指标1.1设计技术指标与要求1.1.1设计要求（1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；（2）输出信号的频率要求可调；（3）拟定测试方案和设计步骤；（4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；（5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路；（6）测量输出信号的幅度和频率；（7）撰写设计报告。

函数信号发生器的设计与制作函数信号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子仪器。

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（如视频信号函数发生器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器模块5G8038）。

为进一步掌握电路的基本理论及设计、调试技术，本课题要求设计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。

一、设计任务书1．设计课题函数信号发生器设计。

2.主要技术指标1）输出波形：正弦波、方波、三角波等2）频率范围：10～100Hz，1000H Z～１０KＨz3) 输出电压：方波U p-p=24V，三角波U p-p=6V，正弦波U>1V；4) 波形特征：方波t r<10s（1kHz，最大输出时），三角波失真系数THD<2%，正弦波失真系数THD<5%。

二、设计过程举例1.课题分析根据任务，函数信号发生器一般基本组成框图如图1所示。

读者可参阅有关参考资料，具体分析工作过程。

图1 函数信号发生器框图2．方案论证（1）确立电路形式及元器件型号1）方波-三角波电路图2所示为产生方波-三角波电路。

工作原理如下：若a点短开，运算放大器A1与R1、R2及R3、R P1组成电压比较器，C1为加速电容，可加速比较器的翻转。

图2方波-三角波产生电路由图2分析可知比较器有两个门限电压CC th V RP R R U 1321+-= CC th V RP R R U 1322+=运放A2与R 4、R P 2、C 2及R 5组成反相积分器，其输入信号为方波U o1时，则输出积分器的电压为t U C RP R U o o d )(112142⎰+-= 当U o1=+V CC 时t C RP R U o 214CC 2)(V +-= 当U o1=-V EE 时t C RP R U o 214EE 2)(V += 可见积分器输入方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形如图3所示。

6
R3
2k
Rp
10k
-12v
12v
7
U2
2
R2 20k
3
D1
1N5235B
迟滞比较 器 R1
10k
D2
1N5235B
12v
积分电路
7
4 1 5
UA741
单元电路
用差分放大器做三角波/正弦波变换电路
三角波/正弦波变换原理： 用差分对管的饱和与截止特性进行变换：差分放大器电流恒 定并要求：传输特性对称线性区尽可能窄；三角波的幅值Vm 应使输出接近晶体管的截止电压；
v O VO 3 VO 2 T / 14 v I
VIm 0.78 T /4
在T/7~3T/14区段内
VIm 0.42 T /4
在3T/14~T/4区段内
v O VOm VO 3 T / 28 v I VIm 0.13 T /4
正弦函数 转换方案1
基本结构是比例放 大器。只是使运放在不 同的时间区段（或输出 电平区段）内，具有不 同的比例系数。对不同 区段内比例系数的切换， 是通过二极管网络来实 现的。 vi vo
模拟电路的实现方案，是指全部采用模拟电 路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。由 于教学安排及课程进度的限制，本实验的信号产 生电路，推荐采用全模拟电路的实现方案。 模拟电路实现信号产生电路的多种方式
方案一
RC文氏电桥振荡器产生正弦波，方波-三角波产生电路可正 弦波振荡器采用波形变换电路, 通过迟滞比较器变换为方波, 经积分器获得三角波输出。此电路的输出频率就是就是RC文 氏电桥振荡器的振荡频率.
有源正弦函数转换电路的转换原理如图 所示。
若设正弦 波在过零点处 的斜率与三角 波斜率相同， 即

电子课程设计题目：函数信号发生器的设计学院：机械工程学院班级：测控技术与仪器071班作者：学号：指导教师：2010年7月7日摘要：该函数发生器采用AT89S51 单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（1458N）等。

电路采用AT89S51单片机和一片DAC0832数模转换器组成函数信号发生器，在单片机的输出端口接DAC0832进行DA转换，再通过运放进行波形调整，最后输出波形接在示波器上显示。

它具有价格低、性能高和在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少等特点。

由于采用了1458N运算放大器，使其电路更加具有较高的稳定性能，性能比高。

此电路清晰，出现故障容易查找错误，操作简单、方便。

本设计主要应用AT89S51作为控制核心。

硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等特点，具有一定的使用和参考价值。

关键词：AT89S51、DAC0832、波形调整【Abstract】： For special requirement the function generator usingAT89S51 microcontroller as the control, external analog / digital conversion circuit (DAC0832), op-amp circuit (1458C) and so on. AT89S51 microcontroller circuit and an integral function DAC0832 digital-signal generator, the microcontroller output port connected to DA converter DAC0832, and then wave through the op amp to adjust the final output connected to the oscilloscope waveform display. It has a low cost, high performance and low frequency range, good stability, easy operation, small size, low power consumption and so on. As a result of 1458G operational amplifier circuit to a more stable performance with high performance is high. The circuit clear, easy to find failure error, simple and convenient.The design of the main application AT89S51 as the control center. Simple hardware circuit, software, functional, and reliable control system, high cost performance characteristics, has some use and reference.Key words:AT89S51, DAC0832, waveform adjust目录1、设计概述1.1、设计任务----------------------------------4 1.2、方案选择与论证----------------------------41.3、系统设计框图------------------------------52、硬件电路设计--------------------------------53、软件系统设计3.1、阶梯波设计思想及流程图--------------------133.3、三角波和正弦波设计思想--------------------144、系统软件仿真4.1、protues仿真原理图------------------------154.2、仿真波形图--------------------------------165、课程设计心得体会---------------------------176、参考文献------------------------------------177、附录附录一：protel原理图----------------------------18 附录二：PCB图 ----------------------------------18 附录三：焊接后的电路板实物图---------------------19 附录四：实际电路板调试后发生阶梯波图-------------19附录五：实验源程序-------------------------------191.1设计任务与要求：1采用AT89S51及DAC0832设计函数信号发生器；2输出信号为正弦波或三角波或阶梯波；3输出信号频率为100Hz，幅度-5V—+5V可调；4必须具有信号输出及外接电源、公共地线接口，程序在线下载接口。