正弦信号发生器设计1
目录
摘要
1．系统方案选择与论证
1.1正弦信号输出方案
1.2信号调制方案
2．系统的总体设计与实现
2.1系统正弦信号发生器的设计
2.1.1正弦信号的仿真和分析
2.1.2其他信号的仿真和分析
2.2系统调制模块的设计
2.2.1调幅电路（AM）
2.2.2调频电路（FM）
2.2.3 PSK电路
2.2.4 ASK电路
3.总结
4.附录
正弦信号发生器（A题）
摘要：本系统是以ICL8038集成芯片为核心器件，附加线性调制电路，滤波和积分放大电路等模块组成的一种正弦信号发生器，制作简单，功
能多。所得到的信号输出稳定度和线性度满足题目要求，在输出的正弦信号的幅度上可以实现1V～6V内任意可调，输出频率范围虽然没有达到题目所要求的1KHz～10MHz范围，的是我们实现了在1Hz～1MHz范围内任意可调。
本文主要介绍了正弦信号发生器的设计与其所具有的功能，实现了竞赛题目的基本部分和提高部分的一些功能要求。系统的硬件分为六个模块，即正弦信号产生模块，AM调幅电路模块，FM调频电路模块，PSK 电路模块，ASK电路模块，单片机控制器与键盘显示电路模块。
一、正弦信号输出方案分析与论证
正弦信号的产生可以分为以下两种方法:
其一，可用专用的芯片产生，如MAX038，ICL8038等。使用MAX038芯片，设计简单，可以产生精度和稳定度高，且频率范围大的正弦信号。
其二，采用数字合成方案（DDS），DDA技术频率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出平稳渡过且相位和保持连续变化。其方案原理流程图如下：
DDS原理框图
从题目要求来看，要求设计的正弦信号发生器的精度和稳定度都很高。MAX038专用信号发生芯片在现在的条件下不能进行设计和相关的仿真，DDS方案的复杂度和难度都非常大，因此不容易实现。从各个方面的因素来考虑，并且根据现有条件和自身的实际情况，我们采用芯片产生的方法，用的是ICL8038芯片。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部组件就能产生从0.001Hz～1MHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。由此可知，ICl8038基本可以满足设计要求，并且还可以进行发挥。
二、信号调制方案
信号的调制有模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制分为幅度调制和角调制，设计要求进行模拟调幅（AM）、模拟频率调制（FM）。数字调制分为二进制ASK、PSK、FSK调制。
AM调制：信号的时间波形表达式：S AM(t) = [A0+f(t)]cos(ωc t+θc) 。可以得出：输入调制信号加上调制信号，再乘上载波就可以得到AM调制信号。
FK调制：产生FM信号的常用方法有：直接FM和间接FM法。直接FM 法的优点是线路简单易于获得较大的频偏。缺点是中心频率不易稳定：间接FM法的优点是易于保持中心频率的稳定，缺点是不易获得大的频偏，要使频偏满足要求，通常在调制后要加以多次倍频，因而使发射线路结构复杂。
ASK信号：该调制可以根据二进制信号的高低电平控制载波的通—断，此为幅度键控（ASK）最简单形式：通—断键控（OOK）。
PSK信号：该调制可以先对载波进行反相，再由二进制基带信号选择载波或者反相正弦波。
FSK信号：
三、系统总体设计
1. 系统的框图（如图一）
调幅电路AM
调频电路FM
幅度键控电路ASK
相移键控电路PSK
频移键控电路FSK
正弦信号发生器
图（一） 系统框图
2. 各电路模块的设计
2.1 正弦信号发生器电路设计
我们用ICL803芯片实现正弦信号的产生，虽然正弦波输出的频段没有题目要求的那么宽，但是我们实现了1Hz～1MHz范围内任意可调，并且输出电压幅度在1V～6V范围内任意可调。另外，还增加的方波和三角波的信号的发生和输出，其输出频率和电压幅度都是可调的。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。图（二）是由ICL8038等构成的函数发生器电路。ICL8038由充放电泳电流源、比较器、电桥及将三角波变成正弦波的折线近似电路组成。该电路作为压控振荡器的工作方式，增设U2是为了改善控制电路的线性，在输出上增设了滤波和积分电路，改善信号输出的稳定性及线性。振荡频率有控制电压（RV1的输出电压）RV1的阻值和电容C3决定，输出的电压幅度由电位器RV5决定。频率的调节范围可分为三段可调，这是通过改变ICL8038的外界电容值来实现的。
频率的三频段如下：
电容值频率范围输出电压范围
0.33uf20Hz～200Hz1V～6V
0.033uf200Hz～1000Hz≥1V
3.30uf1000Hz～1MHz≥1V
图（二） 正弦信号发生器的电路
2.2 正弦信号发生器的输出及分析（波形图）
三个频段内的信号输出波形图如图（三）所示。在proteus中进行电路仿真。在给定的电容C的值下，调节电位器RV1和RV5就可以实现输出波形的频率和幅度的调节。从图（三）所示的仿真波形结果来看，输出的波形的稳定度很高，线性也很好，达到了题目设计要求。
图（三） 正弦信号仿真波形图
2.3 其他信号发生器的输出及分析（波形图）
在设计正弦信号发生器的同时，我们还附加了方波和三角波信号的发生，在proteus中进行防真结果如图（四）所示。从输出的频率和幅度来看，都实现从波形的稳定度和线性度来看，都比较好，基本上没有失真。因此，在功能上，从单一的正弦信号发生器到多信号发生器的完善。
图（四） 方波和三角波信号仿真波形图
3.1 调制电路的设计和分析
3.1.1AM 调制电路原理
AM调幅又称常规调幅。设调制信号为f(t)，f(t)叠加电流后对载波的幅度进行调制，就形成了常规调幅信号。
其时间波形的表达式为
S AM(t) =[A0+f(t)]cos(ωc t+θc)
其中，ωc为载波角频率；θc为载波信号的起始相位。由时间波形可知，只有满足条件A。≥|f(t)|时，包络解波的结果才不会失真。当
f(t)=A m cos(ωm t+θ)时βAM= A m/ A0，该比值成为调幅指数，用百分比表示时，称为调幅度。通常取在30%—60%之间。
根据设计要求，我们把设计的正弦信号发生器产生的正弦波作为载波，外接信号为调制信号，对信号进行AM调制。原理图如图（五）所示。
f(t) S AM(t) A。 cosωc t
图（五）
3.1.2 AM调制电路的设计
根据调幅原理，AM调制电路设计如图（六）所示。主要由加法单元
和乘法单元构成，根据信号幅度电压，外接入电阻，可进行调制信号的幅度的调制，并且根据调幅不失真条件，调节信号幅度，可以是已调信号不失真。
当调制信号的幅值为Am 时，要求直流电压至少为：U=10Am。这才满足调制度最小为10%。由于步进量为10%。则通过控制加法器的直流输入电压，原理图通过调节电阻值，来达到分压的效果，加法器直流电压输入为：Ui=U*Ri/R1 。R1设置为2000Ω，Ri的值根据步进量为不同阻值。步进量为每调节一次电压增量ΔUi=10%*U。则有公式可得：调制度10%-100%的程控下Ri的值分别为:1.8M、8k、4667、3k、2k、1333、857、500、222、0等值。根据设计图的开关改变阻值就可以对调制度进行改变。
图（六） AM调制电路
3.1.3 AM调制电路的波形仿真
在proteus中进行仿真，得到如图（七）所示的波形图，从结果来看，几乎没有失真。
图（七）
3.2 ASK调制电路的设计
ASK称为二进制幅度键控，也就是载波的幅度随着数字信号1和0在两个电平之间转换。根据设计要求我们采用最简单的形式——通-断键控。设计图如图（八）所示。电路由电压跟随器、有源高通滤波器等组成。用正弦信号发生器输出100khz的正弦信号作为载波，再输入二进制基带信号控制74HC4066。载波输入后加一个电压跟随电路，隔绝输入的影响，为了电压跟随电路的输入更稳定，给输入加入一个稳定电压，使跟随电路输出更稳定，再跟据74HC4066的传输特性，有控制端的高低电平控制它的传输导通。后面接一个有源高通滤波器，利用有源高通的稳定性，可以得到高质量的ASK信号。测试结果如图（九）所示。
图（八）ASK调制电路
图（九）
3.2 FSK调制电路的设计
频移键控调制的电路如图（十）所示。所用IC8038芯片对如数信号进行FSK调制。
图（十） FSK调制电路
ICL 8038 的主要特点:
(1) 可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。
(2) 频率范围: 0.001Hz～1MHz
(3) 占空比范围: 2%～ 98%
(4) 低失真正弦波: 1%
(5) 低温度漂移: 50ppm/℃
(6) 三角波输出线性度: 0.1%
(7) 工作电源: ±5V～ ±12V 或者+ 12V～ + 25V 1 引脚功能及内部结构
图1 ICL8038的引脚功能排列图
图2 ICL8038内部电路方框图
信号发生器毕业设计
信号发生器的设计与制作 系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰 摘要 本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。 关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法
ABSTRACT 5 The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve full Digital program-controlled frequency synthesizer. Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection
正弦信号发生器的设计
XXXX大学现代科技学院DSP硬件电路设计基础课程设计 设计名称正弦信号发生器的设计 专业班级 学号 姓名DENG 指导教师XXXX
课程设计任务书 注： 上交（大张图纸不必装订） 2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。 日期：2014-12-10
专业班级 XXXXXXX 学号 姓名 DENG 成绩 设计题目 正弦波信号发生器 设计目的 学会使用CCS(Code Composer Studio)集成开发环境软件，在此集成开发环境下完成工程项目创建，程序编写，编译，链接，调试以及数据的分析。同时完成一个正弦波信号发生器的程序的编写，并在集成开发环境下进行模拟运行，观察结果。 设计内容 编写一个产生正弦波信号的程序，在CCS 软件下进行模拟运行，观察输出结果。 设计原理 正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。本次课程设计只要使用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。 1. 产生正弦波的算法 在高等数学中，正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式为 若要计算一个角度x 的正弦和余弦值，可取泰勒级数的前5项进行近似计算。 ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………
由上述两个式子可以推导出递推公式，即 sin(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x] cos(nx)=2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x] 由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时，不仅需要已知cos(x)，而且还需要sin[(n-1)x]、sin[(n-2)x]和cos[(n-2)x]。 2. 正弦波的实现 ⑴计算一个角度的正弦值 利用泰勒级数的展开式，可计算一个角度x的正弦值，并采用子程序的调用方式。在调用前先在数据存储器d_xs单元中存放x的弧度值，计算结果存放在d_sinx单元中。 ⑵计算一个角度的余弦值 利用余弦函数展开的泰勒级数的前五项计算一个角度的余弦值，可采用子程序的调用方式来实现。调用前先将x弧度值放在数据存储器d_xc单元中，计算结果存放在d_cosx单元中。 ⑶正弦波的实现 利用计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波。其实现步骤如下：第一步：利用sin_start和cos_start 子程序，计算 45°~0°（间隔为 0.5°）的正弦和余弦值； 第二步：利用sin(2x)=2sin(x)cos(x)公式，计算 90°~0°的正弦值（间隔为1°）；第三步：通过复制，获得359°~0°的正弦值； 第四步：将359°~0°的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波。 在实际应用中，正弦波是通过D/A口输出的。选择每个正弦周期中的样点数、改变每个样点之间的延迟，就能够产生不同频率的波形，也可以利用软件改变波形的幅度以及起始相位。 总体方案设计 1. 总体实现方案 我们知道一个角度为x的正弦和余弦函数，都可以展开为泰勒级数，且其前五项可以看为：
信号发生器设计(附仿真)
南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p =6V，正弦波U p-p>1V。 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V 应接近晶体管的截止电压值。 m 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2 调整电路的对称性，并联电阻R E2 用来减小差 分放大器的线性区。C 1、C 2 、C 3 为隔直电容，C 4 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出 波形。 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n个波段范围。 ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r～和r△；表征方波特性的参数是上升时间t r。 四、电路仿真与分析
简易信号发生器设计制作
简易信号发生器设计制作 一、训练目的 （1）掌握正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的工作原理； （2）学会正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的设计方法； （3）进一步熟悉电子线路的安装、调试、测试方法。 二、工作原理 正弦波、三角板、矩形波是电子电路中常用的测试信号，如测试放大器的增益、通频带等均要用到正弦信号作为测试信号。下面分别介绍产生这三种信号电路结构和工作原理。 1．正弦信号发生器 正弦信号的产生电路形式比较多，频率较低时常用文氏电桥振荡器，图7-1为实用文氏电桥振荡电路。图中R 1、R 2、R 3、RW 2构成负反馈支路，二极管D 1、D 2构成稳幅电路，C 2、R 11（或R 12或R 13）、C 1、R 21（或R 22或R 23）串并联电路构成正反馈支路，并兼作选频网络。调节电位器RW 2可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D 1、D 2要求温度稳定性好，特性匹配以确保输出信号正负半周对称，R 4接入用以消除二极管的非线性影响，改善波形失真。如K1接电阻R 11、K2接R 21，并且R 11= R 21=R ，C 1= C 2=C ，则电路的振荡频率为： 1 2f RC π= （7-1） 起振的幅值条件： 1 1f v R A R =+ （7-2） 图7-1 正弦信号发生器 通过调整RW 2可以改变电路放大倍数，能使电路起振并且失真最小。该电路可通过开关K1、K2选择不同的电阻以得到不同频率的信号输出。 2．方波和矩形波发生器
方波发生电路如图7-2，其基本原理是在滞回比较器的基础上增加了由R 4和C 1构成的积分电路，输出电压通过该积分电路送人到比较器的反相输入端。其中R 3 、D Z1和D Z2构成双向限幅电路，这样就构成了方波发生器电路，其工作原理如下： 假设在接通电源瞬间，输出电压o v 为Z V +(稳压二极管D Z1、D Z2额定工作时的稳压值)，这时比较器同相端的输入电压为 2 12 Z R v V R R +≈ + （7-3） 同时输出电压o v 会通过电阻R 4给C 1充电，反相端的输入电压v -就会逐步升高，当反向输入端的电压v -略大于同相端输入电压v +时，比较器输出电压立即从Z V +翻转为Z V -，这时输出端电压o v 为Z V -，比较器同相端输入电压v +'为 2 12 Z R v V R R +'≈- + （7-4） 这时输出的电压o v 会通过R 4对C 1进行反向充电，当反相输入端的电压略低于v +'时，输出状态再翻转回来，如此反复形成方波信号。所产生方波信号的频率为 41 1 2f R C = 方波 （7-5） R 4 o 图7-2 方波发生电路
信号发生器的设计实现
电子电路综合设计 总结报告 设计选题 ——信号发生器的设计实现 姓名：*** 学号：*** 班级：*** 指导老师：*** 2012
摘要 本综合实验利用555芯片、CD4518、MF10和LM324等集成电路来产生各种信号的数据，利用555芯片与电阻、电容组成无稳态多谐振荡电路，其产生脉冲信号由CD4518做分频实现方波信号，再经低通滤波成为正弦信号，再有积分电路变为锯齿波。此所形成的信号发生器，信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。在此过程中，综合的运用多科学相关知识进行了初步工程设计。
设计选题： 信号发生器的设计实现 设计任务要求： 信号发生器形成的信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T 或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。 正文 方案设计与论证 做本设计时考虑了三种设计方案，具体如下： 方案一 实现首先由单片机通过I/O输出波形的数字信号，之后DA变换器接受数字信号后将其变换为模拟信号，再由运算放大器将DA输出的信号进行放大。利用单片机的I/O接收按键信号，实现波形变换、频率转换功能。
基本设计原理框图（图1） 时钟电路 系统的时钟采用内部时钟产生的方式。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率为11.0592MHz，两个配合晶振的电容为33pF。 复位电路 复位电路通常采用上电自动复位的方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 程序下载电路 STC89C51系列单片机支持ISP程序下载，为此，需要为系统设计ISP下载电路。系统采用MAX232来实现单片机的I/O口电平与RS232接口电平之间的转换，从而使系统与计算机串行接口直接通信，实现程序下载。 方案一的特点： 方案一实现系统既涉及到单片机及DA、运放的硬件系统设计，
EDA课程设计-正弦信号发生器的设计
《EDA技术》设计报告 设计题目正弦信号发生器的设计 院系：信息工程学院 专业：通信工程____ 学号： 姓名：__________
一．设计任务及要求 1.设计任务: 利用实验箱上的D/A 转换器和示波器设计正弦波发生器，可以在示波器上观察到正弦波 2.设计要求: （1） 用VHDL 编写正弦波扫描驱动电路 （2）设计可以产生正弦波信号的电路 （3）连接实验箱上的D/A 转换器和示波器，观察正弦波波形 二．设计方案 （1）设计能存储数据的ROM 模块，将正弦波的正弦信号数据存储在在ROM 中，通过地址发生器读取，将正弦波信号输入八位D/A 转化器，在示波器上观察波形 （2）用VHDL 编写正弦波信号数据，将正弦波信号输入八位D/A 转化器，在示波器上观察波形 三．设计框图 图 1 设计框图 信号发生器主要由以下几个部分构成：计数器用于对数据进行采样，ROM 用于存储待采样的波形幅度数值，TLV5620用于将采集的到正弦波数字量变为模拟量，最后通过示波器进行测量获得的波形。其中，ROM 设置为7根地址线，8个数据位，8位并行输出。TLV5260为串行输入的D/A 转换芯片，因此要把ROM 中并行输出的数据进行并转串。 四．实现步骤 1.定制ROM 计 数 器 7根地址线 8 位 R O M 并转串输出 CLK TLV5620D/A 转换 RST
ROM的数据位选择为8位，数据数选择128个。利用megawizard plug-in manager定制正弦信号数据ROM宏功能块，并将上面的波形数据加载于此ROM中。如图3所示。 图2 ROM存储的数据 图3 调入ROM初始化数据文件并选择在系统读写功能 2.设计顶层
简易函数信号发生器
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；
函数信号发生器设计报告
函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -
简易函数信号发生器的设计
单片机课程设计报告书 课题名称 简易函数信号发生器的设计 姓 名 ** 学 号 ** 院、系、部 ** 专 业 电子信息科学与技术 指导教师 ** 2011年12月12日 ※※※※※※※※※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※※※※※※※※※ **级学生单片机 课程设计
目录 一、绪言 (1) 二、系统方案论证 (1) 2.1设计要求 (1) 2.2 简易函数信号发生器方案论证 (1) 2.3 单片机的控制方案论证 (1) 2.4 键盘选择方案论证 (2) 三、系统设计 (2) 3.1 硬件电路设计 (2) 3.2 程序流程图 (4) 3.3 C语言程序设计 (5) 四、简易函数信号发生器的仿真 (8) 4.1 系统仿真 (8) 4.2工作原理分析 (10) 结束语 (11) 参考文献 (11) 修改通篇页面设置里面的左右边距
一绪言 函数发生器是一种多波形的信号源。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。函数发生器有很宽的频率范围，使用范围很广，它是一种不可缺少的通用信号源。因此设计使用的AT89S52单片机构成的发生器，可以产生正弦波和方波。 二系统方案论证 2.1设计要求 1、设计一个基于AT89S52单片机的信号发生器； 2、能够输出方波和正弦波（正弦波是双极性的），要求可用按键选择； 3、可选电压值为1V、2V、3V、4V、5V五个档位； 4、可选频率值为：10Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、1KHz七个档位； 5、能够通过显示模块显示输出波形的主要参数。 2.2 简易函数信号发生器方案论证 方案一：用分立元件组成函数发生器，通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。 方案二：可以由晶体管，运放 IC等通用器件制作，更多的则是用专用的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8083、BA205等，他们的功能少，精度不高，频率上限只有300KHz，频率和占空比不能独立调节，二者相互影响。 方案三：利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器：能产生任意波形并且达到很高的频率。但成本很高。 方案四：采用 AT89S52单片机和DAC0832芯片，直接连接按键和显示。该种方案主要对AT89S52单片机的各个I/0口充分利用，不再多用其他的芯片，从而减小了系统的成本，也对按照系统便携式低频信号发生器的要求所完成，占用空间小，使用空间小，使用芯片少，低功耗。 综合考虑，方案四各项性能和指标都优于其他各种方案，能使输出频率有较好的稳定性，充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片和器件均为通用器件，在市场上较常见，价格也低廉，样品制作成功的可能性比较大，所以本设计采用方案四。 2.3 单片机的控制方案论证 方案一：采用可编程逻辑期间CPLD 作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。
信号发生器设计---实验报告
信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U =6V，正弦波U p-p>1V。 p-p 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时）用仪器测量上升时间，三角波r△<2%，正弦波r <5%。（计算参数） ～ 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。
图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。（差模传输特性）其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注 应接近晶体意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V m 管的截止电压值。 图4 三角波→正弦波变换电路
图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2调整电路的对称性，并联电阻R E2用来减小差分放大器的线性区。C 1、C 2、C 3为隔直电容，C 4为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。取Ic2上面的电流（看输出） 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n 个波段范围。(n>3) ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p 。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r ～和r △；表征方波特性的参数是上升时间t r 。 四、电路仿真与分析 实验仿真电路图如图
正弦波信号发生器设计(课设)
课程设计I(论文)说明书 (正弦波信号发生器设计) 2010年1月19日
摘要 正弦波是通过信号发生器，产生正弦信号得到的波形，方波是通过对原信号进行整形得到的波形。 本文主要介绍了基于op07和555芯片的正弦波-方波函数发生器。以op07和555定时器构成正弦波和方波的发生系统。Op07放大器可以用于设计正弦信号，而正弦波可以通过555定时器构成的斯密特触发器整形后产生方波信号。正弦波方波可以通过示波器检验所产生的信号。测量其波形的幅度和频率观察是否达到要求，观察波形是否失真。 关键词：正弦波方波 op07 555定时器
目录 引言 (2) 1 发生器系统设计 (2) 1.1系统设计目标 (2) 1.2 总体设计 (2) 1.3具体参数设计 (4) 2 发生器系统的仿真论证 (4) 3 系统硬件的制作 (4) 4 系统调试 (5) 5 结论 (5) 参考文献 (6) 附录 (7) 1
引言 正弦波和方波是在教学中经常遇到的两种波形。本文简单介绍正弦波和方波产生的一种方式。在这种方式中具体包含信号发生器的设计、系统的论证、硬件的制作，发生器系统的调制。 1、发生器系统的设计 1.1发生器系统的设计目标 设计正弦波和方波发生器，性能指标要求如下： 1）频率范围100Hz-1KHz ； 2）输出电压p p V ->1V ； 3）波形特性：非线性失真~γ<5%。 1.2总体设计 （1）正弦波设计：正弦波振荡电路由基本放大电路、反馈网络、选频网 络组成。
2 图1.1 正弦波振荡电路产生的条件是要满足振幅平衡和相位平衡，即AF=1； φa+φb=±2nπ；A=X。/Xid; F=Xf/X。；正弦波振荡电路必须有基本放大电路， 本设计以op07芯片作为其基本放大电路。 基本放大电路的输出和基本放大电路的负极连接电阻作为反馈网络。反馈网络中 两个反向二极管起到稳压的作用。振荡电路的振荡频率f0是由相位平衡条件决 定的。一个振荡电路只在一个频率下满足相位平衡条件，这要求AF环路中包含 一个具有选频特性的选频网络。f0=1/2πRC。要实现频率可调，在电容C不变的 情况下电阻R可调就可以实现频率f0的变化。 （2）方波设计：方波可以把正弦波通过斯密特触发器整形后产生。基于555定时器接成的斯密特触发器。 设斯密特触发器输出波形为V1，V2且V1>V2。 输入正弦波v1从0逐渐升高的过程：v1<1/3Vcc时，输出v0=V1； 当1/3Vcc 北京工业大学课程设计报告 模电课设题目基于运放的信号发生器设计 班级：1302421 学号：13024219 姓名：吕迪 组号：7 2015年 6月 一、设计题目 基于运放的信号发生器设计 二、设计任务及设计要求 （一）设计任务 本课题要求使用集成运算放大器制作正弦波发生器，在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激震荡而产生正弦波输出的电路。经过波形变换可以产生同频三角波、方波信号。（二）设计要求 基本要求：使用LM324，采用经典振荡电路，产生正弦信号，频率范围,360Hz～100kHz。输出信号幅度可调，使用单电源供电以及增加功率。 （三）扩展要求 （1）扩大信号频率的范围； （2）增加输出功率 （3）具有输出频率的显示功能。 三、设计方案 （一）设计框图 （二）设计方案选择思路 我们在模电课上学过几种正弦波振荡器的基本电路，包括RC串并联正弦波振荡器、电容三点式正弦波振荡器以及电感三点式正弦波振荡器。因为题目要求设计基于运放的正弦波发生器，我们就确定将RC串并联网络正弦波振荡器作为我们设计的基础电路，因为此振荡器适用于频率在1MHz一下的低频正弦波振荡器而且频率调节方便，我们打算先通过计算搭建RC 正弦波振荡电路，测试基本电路达到的频率及幅值范围，再在这一基础上进行放大，使频率及幅值与设计要求相符合，因此设计出了二级反向放大这一模块。最后，为了提高电路的输出功率，减小电路的输出阻抗，再设计电压跟随器这一模块来完善整个电路。由此，我们确定出三个模块：RC正弦波振荡电路，二级反向放大电路，电压跟随器，并准备从基础模块入手，分模块实现，并根据实际情况不断调整改进原先的设计方案。 （三）元器件清单 芯片：LM324*2 40106*1 二极管：1N4148*2 电容：10μF*1、10nf *4 电阻：2k*1 、10k*4、51k*1 、82k*1 、91k*1 、100k滑动变阻器*1、220k*1 电位器：50k双联*1、10k*2、50k*1 （四）芯片资料 EDA课程设计简易信号发生器的设计实现 小组成员：XXXXXX XXXXX 专业：XXXXX 学院：机电与信息工程学院指导老师：XXXXXX 完成日期：XX年XX月XX日 目录 引言 (3) 一、课程设计内容及要求 (3) 1、设计内容 (3) 2、设计要求 (3) 二、设计方案及原理 (3) 1、设计原理 (3) 2、设计方案 (4) （1）设计思想 (4) （2）设计方案 (4) 3、系统设计 (5) （1）正弦波产生模块 (5) （2）三角波产生模块 (6) （3）锯齿波产生模块 (6) （4）方波产生模块 (6) （5）波形选择模块 (6) （6）频率控制模块 (6) （7）幅度控制模块 (6) （8）顶层设计模块 (7) 三、仿真结果分析 (7) 波形仿真结果 (7) 1、正弦波仿真结果 (7) 2、三角波仿真结果 (8) 3、锯齿波仿真结果 (8) 4、方波仿真结果 (8) 5、波形选择仿真结果 (9) 6、频率控制仿真结果 (9) 四、总结与体会 (10) 五、参考文献 (10) 六、附录 (11) 简易信号发生器 引言 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范的应用。它能够产生多种波形，如正弦波、三角波、方波、锯齿波等，在电路实验和设备检验中有着十分广范的应用。 本次课程设计采用FPGA来设计多功能信号发生器。 一、课程设计内容及要求 1、设计内容 设计一个多功能简易信号发生器 2、设计要求 （1）完成电路板上DAC的匹配电阻选择、焊接与调试，确保其能够正常工作。 （2）根据直接数字频率合成（DDFS）原理设计正弦信号发生器，频率步进1Hz，最高输出频率不限，在波形不产生失真（从输出1KHz正弦转换为输出最高频率正弦时，幅度衰减不得大于10%）的情况下越高越好。频率字可以由串口设定，也可以由按键控制，数码管上显示频率傎。 （3）可以控制改变输出波形类型，在正弦波、三角波、锯齿波、方波之间切换。 （4）输出波形幅度可调，最小幅度步进为100mV。 二、设计方案及原理 1、设计原理 （1）简易信号发生器原理图如下 信号发生器设计(附仿真) 南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p =6V，正弦波U p-p>1V。 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器 A 1 输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。 图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V 应接近晶体管的截止电压值。 m 图4 三角波→正弦波变换电路 《硬件大型实验周》课程设计指导书 课程设计名称：硬件大型实验周 课程设计编号： 课程设计学分： 课程设计周（时）数： 3周 授课单位：计算机科学与技术系 指导方式：讲课与学生自己设计（讲辅） 课程设计适用专业：计算机科学与技术专业 服务课程名称：单片机原理及应用、微机原理以应用、计算机组成与体系结构 服务课程编号： 服务课程讲课学时： 服务课程学分： 课程设计教材及主要参考资料： 1.戴梅萼，史嘉权编著.微型计算机技术及应用(第三版).北京:清华大学出版社,2003 2.周明德编著.微型计算机系统原理及应用(第四版).北京:清华大学出版社,2002 3.李顺增，吴国东，赵河明等.微机原理及接口技术.北京:机械工业出版社,2006 4.蔡美琴，张为民，沈新群等.MCS-51系列单片机系统及其应用.北京：高等教育出版社.1992 5.何立民编著.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社.2005 6.徐同举.新型传感器基础.北京:机械工业出版社,2004 一、课程设计教学目的及基本要求： 硬件大型实验是学完一些基础课后应用课本知识及以前的知识积累而进行的综合性、开放性的训练，是培养学生工程意识和创新能力的重要环节，它是围绕一门主要基础课或专业课，运用所学课程的知识，结合实际应用，而进行的一次分析设计综合能力的训练。它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。硬件大型实验旨在培养学生初步掌握解决实际应用问题时所应具有的查阅资料、掌握技术标准和规范，以及硬件设计和调试、软件编程等能力，为毕业设计及今后从事专业工作打下基础。 通过硬件大型实验，培养学生从整体上掌握基本理论和现代的计算方法，提高分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项： 1．使学生的硬件设计知识系统化、完整化； 2．在系统全面复习的基础上，运用所学的计算机硬件知识解决工程中的实际问题； 3．由于选题力求结合专业实际，因而硬件大型实验可以把计算机硬件知识和专业需要结合起来； 4．综合运用了以前所学的各门课程的知识（微机原理、数字电子技术、传感器、单片机等）使相关学科的知识有机地联系起来； 5．初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法； 6．为后继课程的教学打下基础。 二、课程设计的时间安排 课程设计的三周时间分配可参考下表： 教学程序学时（天）教学内容 1、课题准备阶段0.5～1 课题布置、教师讲解题目 2、初步设计 2.5 总体方案的设计计算及论证 3、技术设计(1) 2～3 硬件线路设计与连接 简易信号发生器 设计报告 设计： XXX 学号：XXX 目录 1 技术背景—————————————————————————————2 2 各个设计方案及其比较——————————————————————— 3 2.1 方案一 2.2 方案二 2.3 方案三 2.4 方案比较及最后采取 3 各方案各单元的设计电路——————————————————————5 3.1 方案一 3.2 方案二 3.3自制稳压电源 4 可能遇到问题及其解决方法—————————————————————7 4.1方案一中可能遇到的问题 4.2方案二中可能遇到的问题 1 技术背景 1.1信号发生器介绍 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、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。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，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 1.2任务及要求 1.2.1任务 设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图1所示。 1.2.2基本要求 （1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形； （2）输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调, 输出信号频率稳定度优于 10^-3 （3）输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调； （4）输出信号波形无明显失真； （5）自制稳压电源。 2 各个设计方案及其比较 2.1 方案一 采用ICL8038芯片，ICL8038是一个能够输出三种波形的精密型集成电路，只需要调整外部的相关电容，电阻值就可以产生方波，三角波，正弦波低失真的脉冲信号。在外界温度变化时产生低的频率漂移，工作变化周期宽，占空比可调，具有较高的电平输出范围，容易使用的特点。具有电源电压范围宽，稳定度高，精度高等特点。只需调节外部阻容(RC)值达到改变振荡频率的目的。 2.2 方案二 采用分立运算放大器（单片机产生方波)，然后使用传统的波形转换方法。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 正弦信号发生器设计方案 1 引言 为了精确地输出正弦波、调幅波、调频波、PSK及ASK等信号，并依据直接数字频率合成(Direct Digital FrequencySvnthesizer，简称DDFS)技术及各种调制信号相关原理，设计了一种采用新型DDS器件产生正弦波信号和各种调制信号的设计方法。采用该方法设计的正弦信号发生器已广泛用于工程领域，且具有系统结构简单，界面友好等特点。 2 系统总体设计方案 图1给出系统总体设计方框图，它由单片机、现场可编程门阵列(FPGA)及其外围的模拟部分组成。在FPGA的内部数字部分中，利用FPGA内部的总线控制模块实现与键盘扫描、液晶控制等人机交互模块的通信，并在单片机与系统工作总控制模块之间的交互通信中起桥梁作用。系统工作总控制可统一控制各个时序模块；各时序模块用于完成相应的控制功能。在模拟部分中，利用无源低通滤波器及放大电路，使AD9851型DDS模块的输出信号成为正弦波和FM调制信号；再利用调幅电路，使FPGA内部DDS模块产生的信号与AD9851输出的载波信号变为调幅信号，同时在基带码控制下通过PSK/ASK调制电路得到PsK和ASK信号。最后，各路信号选择通道后，经功率放大电路驱动50Ω负载。 3 理论分析与计算 3．1 调幅信号 调幅信号表达式为： 式中：ω0t，ωt分别为调制信号和载波信号的角频率；MA为调制度。 令V(O)=Vocos(ω0t)，V(ω)=MAcos(ωt)，则V(t)=V(O)+V(O)V(ω)。故调幅信号可通过乘法器和加法器得到；通过改变调制信号V(ω)的幅值改变MA，V(ω)的范围为0．1～l V，MA对应为10％~100％。 3．2 调频信号 采用DDS调频法产生调频信号，具体实现方法：通过相位累加器和波形存储器在FPGA内部构成一个DDS模块，用于产生1 kHz的调制信号。其中，波形存储器的数据即为调制信号的幅度值。将这些表示幅度值的数据直接与中心频率对应的控制字相加，即可得到调频信号的瞬时频率控制字，再按调制信号的频率切换这些频率控制字，即可得到与DDS模块输出相对应的调频信号。 3．3 PSK和ASK信号 ASK信号是振幅键控信号，可用一个多路复用器实现。当控制信号为1时，选择载波信号输出；当控制信号为0时，不选择载波信号输出；当控制信号由速率为10 Kb／s的数字脉冲序列给出时，可以产生ASK信号。PSK信号是移相键控信号，这里只产生二相移相键控，即BPSK信号。它的实现方法与ASK基本相同，只是在控制信号为0时，选择与原载波信号倒相的输出信号，该倒相信号可由增益倍数为l的反相放大电路实现。 4 主要功能电路设计 图2给出调幅电路。它采用ADI公司的乘法器AD835实现。该器件内部自带加法器，可直接构成调幅电路。图3给出PSK／ASK电路。它主要由多路复用器和移相器构成。其中，移相器采用Maxim公司的高速运算放大器MAX477所构成的反相放大电路实现，多路复用器采用ADI公司的AD7502。当两条通道选择控制线A1AO为ll时，输出原信号；当A1A0为00时，输出原信号的反相信号；当A1A0为01时，无信号输出。这样只要FPGA按固定速率通过Al和AO两条控制线给出基带序列信号，就能相应输出PSK和ASK信号。基于运放的信号发生器设计
简易信号发生器的设计实现
信号发生器设计(附仿真)
简易信号发生器设计方案
信号发生器设计答辩
正弦信号发生器设计