函数信号发生器

(江苏联合职业技术学院江苏省惠山中等专业学校（办学点）电子产品设计(论文)课题名称：函数信号发生器系部电信工程系专业电子信息工程技术年级09班级31姓名周烨静学号095223103指导教师王晓琳2013年3月25日黑体初号，居中课题名称黑体一号，居中楷体小三，居中摘要本文介绍一种用AT89C51单片机构成的波形发生器，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等多种波形，波形的周期可用程序改变，并可根据需要选择单极性输出或双极性输出，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。在介绍DAC0832芯片特性的基础上,论述了采用DAC0832芯片设计数字函数信号发生器的原理以及整机的结构设计。对其振荡频率控制、信号输出幅度控制以及频率和幅度数显的实现作了较详细的论述。该函数信号发生器可输出三角波,方波和正弦波文章给出了源代码，通过仿真测试，其性能指标达到了设计要求【关键字】单片机；DAC；函数信号发生器；形调整目录1绪论1.1函数信号发生器1.1.1函数信号发生器概述信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phaseJitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发.这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波,换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波1.1.2函数信号发生器的分类信号发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器和超高频信号发生器。按照输出波形分类可以分为：正弦信号发生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。1.1.3函数信号发生器的用途作用：信号发生器的作用——信号调制功能:信号调制是指被调制信号中，幅度、相位或频率变化把低频信息嵌入到高频的载波信号中，得到的信号可以传送从语音、到数据、到视频的任何信号。信号调制可分为模拟调制和数字调制两种，其中模拟调制，如幅度调制(AM)和频率调制(FM)最常用于广播通信中，而数字调制基于两种状态，允许信号表示二进制数据。应用：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。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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。1.2总体方案设计与选取1.2.1分立元件搭建的函数信号发生器用分立元件组成的函数发生器：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。1.2.2用模拟电路搭建的函数信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。1.2.3用专用芯片搭建的函数信号发生器利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。1.2.4基于单片机的函数信号发生器采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变换。此外，由于通过编程方法产生的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。1.2.5基于DDS函数信号发生器利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。1.3模拟电路搭建的函数信号发生器总体方案设计函数信号发生器系统框图2电路设计2.1正弦波产生电路设计2.1.1工作原理反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。它由放大器和反馈网络两大部分组成。放大器通常以某种选频网络（如振荡回路）作负载,是一种调谐放大器；反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。起振------非线性过程------稳幅振荡2.1.2正弦波电路设计正弦信号发生器的设计正弦信号发生器的设计正弦信号发生器的设计正弦信号发生器的设计正弦信号发生器主要由芯片定时器555、两片4518BP、开关电容滤波MF10、TL082等元件构成，分别以各元件为核心，组成正弦信号发生器的各个功能部分：脉冲生成、频率分频、波形滤波、功率放大等。原理说明和电路连接原理说明和电路连接原理说明和电路连接原理说明和电路连接：：：：a．无稳态多谐振荡器，它不需要外加输入信号，只要接通电源，就能自动产生矩形脉冲信号。并且其矩形脉冲的频率只由电路参数R、C决定，调节R或C即可改变频率，所以输出的脉冲较稳定，抗干扰能力强，频率覆盖范围较广，且易于调节，用此芯片实现此电路低频正弦信号的产生比较适合2.2方波产生电路设计2.2.1工作原理设某一时刻输出电压uO=+UZ，则同相输入端电位uc=+UT。uO通过R对电容C正向充电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uc趋于+UZ；一旦uc=+UT，再稍增大，uO就从+UZ跃变为-UZ，与此同时uc从+UT跃变为-UT。随后，uO又通过R对电容C放电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uc趋于-UZ；一旦uc=-UT，再稍减小，uO就从-UZ跃变为+UZ，与此同时，uc从-UT跃变为+UT，电容又开始反向充电。而上述过程周而复始，电路产生了输出状态的自动转换，便输出方波。2.2.2方波电路设计2.3三角波产生电路设计2.3.1工作原理假设t=0时滞回比较器输出端为高电平，即uo1=+Uz，而且假设积分电容上初始电压为零。由于A1同相输入端的电压u+同时与uo1和uo有关，根据叠加原理，可得：u+=12RRR+uo1+212RRR+则此时u+也为高电平。但当uo1=+Uz时，积分电路的输出电压uo将随着时间往负方向线性增长，u+随之减小，当减小至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端将发生跳变，使uo1=—-Uz，同时u+将跳变成一个负值。以后，积分电路的输出电压将随着时间往正方向线性增长，u+也随之增大，当增大至u+=u-=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，使uo1=+Uz，同时u+也将跳变成一个正值。然后重复以上过程，于是可得滞回比较器的输出电压uo1为矩形波，而积分电路的输出电压uo为三角波。2.3.2三角波电路设计2.4输出电路的设计输出电路采用LM358或LM833（15MHZ宽带）组成的电压跟随器，如图所示。调解W4可改变信号幅度。2.5直流稳压电源的设计直流稳压电源用于给集成运放供电，由于集成运放在工作时的电压为士12v，所以选用三端稳压块的型号为LM7812和LM7912。根据经验值，LM7812的输入端电压应为（15~20）V左右为宜，LM7912的输入端电压应为（-20~-15）v为宜，所以选用双15v输出的变压器。整流管选用IN41007即可满足要求。式中——表示已建类似项目的费用；——表示拟建项目的费用；——表示已建类500600700800900100011001200130014000.030.040.050.060.070.080.090.100.110.120.130.14循环矿浆压力　Mpa循环泵转数r/min背压为0.37m水柱背压为0.90m水柱背压为1.50m水柱图3-1循环矿浆压力与柱体背压的关系似项目的生产能力；——表示拟建项目的生产能力；——表示不同时期、不同地点建设项目的造价调整系数；X——表示生产能力指数。3×××××3.1××××××3.1.1××××3.1.1.1×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××见图3-1。………………图标题置于图的下方，居中；宋体5号字，单倍行距结论×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××。××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××。标题黑体小二，居中，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行；内容宋体小四，行距固定值20磅。致谢×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××。××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××。标题黑体小二，居中，单倍行距，段前0.5行，段后0.5行；内容宋体小四，行距固定值20磅。参考文献[1]刘光明．企业文化与核心竞争力[J]．经济管理,2002，(17)：6-9．[2]Coc