第一篇：简易函数信号发生器设计.doc
摘 要
本方案主要用集成运放LM324和74HC04等元器件设计组成一个简易函数信号发生器。该函数信号发生器主要由振荡电路、模拟比较器电路、二阶RC有源低通滤波器电路和反相放大器电路等四部份组成。
振荡电路形成方波，再经模拟比较器电路升高幅度完成输出；二阶RC有源低通滤波器电路形成正弦波，再经过电位器实现1~12V可调。由此构成了一个简易的函数信号发生器。
本实验主要通过使用Orcad、DXP软件等完成电路的软件设计。
目 录 方案比较与选择（须详细阐述创新点或新见解）························· 3 2 电路分析与仿真················································································ 5 3电路板制作、焊接、调试 ······························································· 11 3.1 软件制作 ················································································ 11 3.2 硬件制作 ················································································ 13 3.3 电路板调试 ··········································································· 14 4讨论及进一步研究建议 ··································································· 18 5课程设计心得 ·················································································· 18 6 Abstract ····························································································· 19 7参考文献 ·························································································· 20
一、方案分析：
方案一：
方案
二、R3U1A1274HCT04R2R165k6.5kC150nvoR5210kLM324-1U2A274HCT043voVCC310k10kVCC1U3A+V+4R40OUTV-1R620kvo1VCC211R7C2100nR8vo11k1kC3R93VCC1U4A41k0V++OUT-V-1vo2C4vo3R1210kR13vo310kR14210kLM3243VCC1U7A+4V+0100n2LM324100nOUT-V-1Vo4VCC211R100VCC2R172kR112kVCC1VCC2V2-9Vdc5VdcVCC3V340k0R16112k009VdcV10
以上就是我们所查阅到的两个方案，对于方案一，此方案对比方案二，增加了由方波转 变为三角波部分，而且使用电位器来分压，方波--三角波部分主要是同一个积分器和一 个比较器组成的.积分器部分中的RC可以调整三角波的频率,而比较器部分可以调整三角
波的幅值，理论上存在很大的优越性，但经过仿真，却发现输出波形失真较大，跟理论有较大差别，而反复调试后没能改正，于是转向执行方案二，方案二虽然少了三角波部分，但经仿真，输出波形比较接近理想正弦波，而且此方案简单明了，各部分功能清晰，更易于操作。故最终选择方案二。
二、电路分析与仿真
1、多谐振荡器
由CMOS门电路组成的多谐振荡器主要是利用RC电路的充放电特性来实现,以获得所需要的振荡频率.方波电路图
0—5v仿真图如下
参数确定：
因为VDD=5V，74HCT04的输入高电平为3.5V,所以对于第一暂稳态（电压为0时）T1=R2*C1*㏑[VDD/(VDD-Vth)],第二暂稳态T2=R2*C1*㏑(VDD/Vth),T=T1+T2≈R2*C1*㏑4≈1.4*RC.又由f=1KHZ,f=1/T得,f=1/(1.4R2*C1).设C1=100nF,则可求得R2≈7.2K.2、比较器
比较器主要由LM324构成,VCC3=5V,R3=R4=10K,起到分压作用,因此3脚的电压为2.5V,当0—5V方波由2脚进入时,高于2.5V时1脚输出+5V,低于2.5V时1脚输出-5V,因此得到±5V方波.参数选择适合的即可.比较器
±9v仿真图
3、二阶低通滤波器
二阶低通滤波器由LM324和R,C组成,设置它的频率为1.5KHZ,则它的功能是从0到1.5KHZ的低频信号,而对大于1.5KHZ的所有频率则完全衰减.C4作用是过滤正弦波里的直流电压.参数确定:
f=1/(2*3.14*RC)=1.5KHZ,设C=100nF,则可求得R≈1K.因为增益A=1+R10/R11=2,所以取R10=R11=2K.二阶低通滤波器电路图
仿真图
4、反相比例放大器
对上述滤波器得到的正弦波进行放大或缩小,因为vo4=-(R16/R14)*vo3,所以R16/R14比例变化,vo4峰峰值就能由1伏调至12伏。
反相比例放大器电路图
仿真图
幅频响应
相频响应
三、板制作、焊接、调试 3.1、软件制作
1、绘制原理图
1).打开DXP软件，选择FILE,NEW,PCB PROJECT,新建一个项目文件，保存新建的项目文件，在项目文件中新建原理图文件和PCB文件，保存新建的原理图文件和PCB文件。
2).画出下面的原理图（图3.1）。
图3.1
3).双击各元件，更改数值，并通过【Tools】菜单【Annotate】命令来自动编号，校正原理图。
2、生成PCB图
1).在KEEP-OUT LAYER 层画出电气边界，在Mechanicall层画出机械边界。
2)．原理图的元器件连接表的载入，打开原理图，打开【Design】菜单中的【Update pcb document„】命令，将PCB导入到PCB文件中。3)．元器件布局，按照走线最短的原则放置元件的位置。
4).设定布线规则，步骤是在电气边界内部右击，选择【Design】/[Rules„]打开设置对话框设置相应的选项。
5).布线:先设定为制作单层板，然后使用【Auto Route】菜单中的【All】进行自动布线，打开对话框后，点击右下角的Route All按钮即可。但自动布线一般是不能达到最佳效果的，所以自动布线只是有一个大概的模型，之后还要经过手工调整才能达到想要的效果。
6）、最后做成PCB图如下所示：
3、在DXP中遇到的问题：
1)、布线没有调整线的宽度，用默认的0.25mm的线，但有些同学改为了0.5mm的线打印出来还是很细，这样腐蚀的时候就有可能断掉，所以我们最后又重新把每一根线改为了1mm。
2)、画图的时候没有注意焊盘的大小，虽然打印之前有逐一加大，但由于一开始没有考虑到线与焊盘之间的关系，以至于有些线与焊盘靠得太近，所以不能改太大，所以最后打印出来有些焊盘还是偏小。
3)、没有注意元器件的封装问题。我们一开始电容用的封装是RAD0.3，这个封装两个针脚之间可以穿越一条线，这与实物不相符。再用回RAD0.1封装时，两个针脚之间不穿越
线，所以也得重新布局。封装可以在原理图上改，也可以在PCB图里改。
4)、画线之前忘记设定为单层板，以至于画出来的线有一部分是红色的，后来改为只选取bottom layer,画出来的线就全部是蓝色的了。
5)、用自动布线的时候，系统有些线是重连的，就如地线是经常重连的，我们只需要一条线都共地就可以了；有些线是布置得密，我们就把那些线分开一点。以免敷铜时线会接在一起短路。
3.2、硬件制作
电路板的制作共分为四个部份：
第一、用热敏纸打印DXP电路图。
第二、将用热敏纸打印出来的DXP电路图印在电路板上。首先把用沙纸磨擦过的电路板（能更好地吸碳粉）对准热敏纸电路图封装好，尽量贴紧，然后放进封塑机进行封塑，封塑机的温度要保持在恒温150摄氏度，封塑过程要进行十几个来回，以保证热敏纸上的电路图形态的碳粉能尽量多地印在电路板上。这个过程要持有一定的耐心。有些同学在加热的时候把封塑机上加热/冷悼的健打到冷悼上，以至于虽然进行了二十多个来回，但最后也只是把一部分电路印在了电路板上，既浪费了时间，也浪费了电路板。
第三、电路板去铜。这个过程首先必须要注意安全。首先是调配溶液，溶液总量以刚没盘底为宜，以节省材料。所用的水、过氧化氢、盐酸的比例是2：1：1，但如果要争取时间也可以适当加多盐酸和过氧化氢的量，调配好溶液后，轻轻地把印有电路图的电路板放进去，然后观察板上铜的反应直至除碳粉覆盖的铜外全部铜都反应溶解完全。看到铜被溶解完之后就拿去用清水洗干净。在这一过程中还要注意手套是否穿了。
第四、打孔。这一步也具有一定的危险性，指导老师反复强调要注意安全。打孔时，固定好电路板，先将钻头对准电路板上的需要打孔的点，然后用手操作控制杆快速往下压，这样就可以。在打孔之前最后先调好钻头的转速，打快或太慢都不好。这一步要极具耐心与细心，否则容易出事故导致前功尽弃。
电路板的制作也就完成了，接下来就到了电路板的焊接。首先，测试好元器件的值，然后对照电路图对号入座，由于我们的布线比较细，所以在焊接的过程中一定要小心，否则很容易就会发生短路现象。
3.3电路板调试
电路板的制作与焊接都完成后，就到了电路的调试过程。连接电源，这一过程可先用万用表测量给出是否为±9V，连到器件上的时候千万不要接错工作电压，不然会烧掉运放LM324。
1、观察给+5V的方波输出：示波器一端接多谐振荡器输出测试点，一端接地；观察输出波形如图
3.1，该图为为输出幅度+5V
方波。
图3.1
2、观测±9V的方波输出：将示波器另一端接比较器输出点，这个主要是观测幅度是否达到±9V。如图3.2：
图3.2
4、最后观测输出波：经滤波放大后 如图3.3
图3.3
最后，因为我们用是电位器分压，而实际给出的正弦波与仿真时的Vpp相差较多，仿真时可以达到Vpp＝14V，而实际出来的只是9V，最后因为实际与仿真相差过大，从而用电位器不能分到12V，这是本电路的一个缺点。
四、讨论及进一步研究建议
本设计虽然最终实现了正弦波形的输出，但仍存在较大的不足，尤其是多谐振荡器输出的方波不能实现占空比的调整，这就使最后输出的正弦波形的可调性产生了很大的局限性，这对一个函数信号发生器而言显然是个很大的缺陷，但由于在设计过程中的疏忽而最终没能实现这一功能，实在是一大败笔。另外，对于方案一中的电路，虽然我们不知什么原因没能通过仿真而最终舍弃了，但理论上确实存在着很大的可行性，尤其是三角波部分的电路，相当于一个过渡，使得方波到正弦波的转换更加自然，最终输出的波形当然就更加接近正弦波了，所以如果在我们的电路上再加上调节占空比与三角波电路的部分将使电路更加理想。
五、课程设计心得
通过对函数信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的
真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！另外也学到了团队协作的重要性，在整个设计过程中，正是因为我们各位队员分工合作，携手合力，最终才能在规定的时间内顺利的完成了任务。虽然完成的结果仍然存在着种种的不如人意，但我们确实在实践过程中受益匪浅。
―
参考文献
[1].康华光，陈大钦等。电子技术基础数字部份（第四版）。高等教育出版社。2006.4：355~356。
[2].康华光，邹寿彬等。电子技术基础模拟部份（第四版）。高等教育出版社。2006.4：370~371。
[3].谢自美，电子线路设计.实验.测试（第二版）。华中科技出版社。2000.7 ISBN7-5609-2166-3
第二篇：简易信号发生器设计
《单片机原理及应用》课程设计任务书 课程设计题目：简易信号发生器设计
一、设计目的和要求
（一）、设计目的通过设计简易信号发生器，完成系统设计、编码、调试及维护工作的实践，了解单片机应用系统的一般设计思路，熟悉和掌握硬件系统和软件设计的一般方法。
（二）、设计要求
1.设定功能：能通过按键设定信号类型、频率
2.显示功能：通过数码管或液晶显示当前波形类型和频率。
3.计数功能：能设定自动输出多少个周期该波形后停止输出，直到再次按下触发按钮
二、设计内容及步骤
1.系统分析，完成系统分析报告
2.根据的系统结构图、课程实验，查阅资料，确定系统各个模块的译码电路和地址范围以及其它硬件型号，详细画出系统硬件原理图。
3.程序流程图，编制程序。
4.调试修改显示子模块、键盘扫描子模块、定时器中断子模块和主程序
5.编写课程设计报告
内容包括：题目、摘要、目录、正文、结论、致谢、参考文献等。学生在完成上述全部工作之后，应将全部内容以先后顺序写成设计报告一份，阐述整个设计内容，要求重点突出、特色鲜明、语言简练、文字通畅，字迹工整。报告要求在专用报告书上书写。
6.完成课程设计报告，设计报告字数不得少于3000 字撰写要求如下： ·设计任务
·问题定义、理论分析
·理论设计（程序功能结构、算法说明和程序框图）
·上机调试（实验环境、实验说明和程序清单）
·结果分析
·心得体会
三、进度安排
按教学计划规定，单片机原理及应用课程设计总学时为一周，其进度及时间大致分配如下：
序号 设计内容天数（约占比例）查阅资料（约占8%）确定设计思路（约占15%）画出硬件图、确定各个模块的电路实现方法（约占27%）编写程序（约占25%）调试修改各子模块和主程序（约占15%）总结设计过程，编写课程设计报告1（约占10%）
第三篇：函数信号发生器设计
函数信号发生器设计设计任务与要求
⑴ 设计并制作能产生正弦波、矩形波（方波）和三角波（锯齿波）的函数发生器，本信号发生器可以考虑用专用集成芯片（如5G8038等）为核心实现。⑵ 信号频率范围： 1Hz∽100kHz；
⑶ 频率控制方式：
① 手控通过改变RC参数实现；
② 键控通过改变控制电压实现；
③ 为能方便地实现频率调节，建议将频率分档；
⑷ 输出波形要求
① 方波上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间；② 非线性误差≤2%；
③ 正弦波谐波失真度≤2%；
⑸ 输出信号幅度范围：0∽20V；
⑹ 信号源输出阻抗：≤1Ω；
⑺ 应具有输出过载保护功能；
⑻ 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。
第四篇：简易函数信号发生器
波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本次课程设计使用的AT89S51 单片机构成的发生器可产生锯齿波、三角波、正弦波等多种波形，波形的周期可以用程序改变，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、结构紧凑等优点。在本设计的基础上，加上按钮控制和LED显示器，则可通过按钮设定所需要的波形频率，并在LED上显示频率、幅值电压，波形可用示波器显示。
二、系统设计
波形发生器原理方框图如下所示。波形的产生是通过AT89S51 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在AT89S51的P2口接5个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，另有3个P2口管脚接TEC6122芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。此方案的有点是电路原理比较简单，实现起来比较容易。缺点是，采样频率由单片机内部产生故使整个系统的频率降低。
1、波形发生器技术指标
1）波形：方波、正弦波、锯齿波；
2）幅值电压：1V、2V、3V、4V、5V；
3）频率：10HZ、20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ；
2、操作设计
1）上电后，系统初始化，数码显示6个‘－’，等待输入设置命令。
2）按钮分别控制“幅值”、“频率”、“方波”、“正弦波”、“锯齿波”。
3）“幅值“键初始值是1V，随后再次按下依次增长1V，到达5V后在按就回到1V。
4）“频率“键初始值是10HZ，随后在按下依次为20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1000HZ循环。
三、硬件设计
本系统由单片机、显示接口电路，波形转换（D/A）电路和电源等四部分构成。电路图2附在后
1、单片机电路 功能：形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。
AT89S51外接12M晶振作为时钟频率。并采用电源复位设计。复位电路采用上电复位，它的工作原理是，通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过对电容充电。RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始工作。
AT89S51的P2口作为功能按钮和TEC6122的接口。P1口做为D/A转换芯片0832的接口。用定时/计数器作为中断源。不同的频率值对应不同的定时初值，允许定时器溢出中断。定时器中断的特殊功能寄存器设置如下：
定时控制寄存器TCON＝20H；
工作方式选择寄存器TMOD=01H；
中断允许控制寄存器IE=82H。
2、显示电路
功能：驱动6位数码管显示，扫描按钮。
由集成驱动芯片TEC6122、6位共阴极数码管和5个按钮组成。当某一按钮按下时，扫描程序扫描到之后，通过P2口将数字信号发送到 TEC6122芯片。TEC6122是一款数字集成芯片。它的外接电压也是+5V，并且由于数码管的载压较小，为了保护数码管，必须在两者间接电阻，大约是560欧。
扫描利用软件程序实现，当某一按键按下时，扫描程序立即检测到，随后调用子程序，执行相应的功能。
3、D/A电路
功能：将波形样值的编码转换成模拟值，完成双极性的波形输出。
由一片0832和两块LM358运放组成。DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMOS器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器LM358实现，用两片LM358可以实现双极性输出。
单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，的到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。假如N个点构成波形的一个周期，则0832输出N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。重复输出N个点，成为第二个周期。利用单片机的晶振控制输出周期的速度，也就是控制了输出的波形的频率。这样就控制了输出的波形及其幅值和频率。
四、软件设计
主程序和子程序都存放在AT89S51单片机中。
主程序的功能是：开机以后负责查键，即做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理，主程序框图如图1所示。
子程序的功能有：幅值输入处理、频率输入处理、正弦波输出、锯齿波输出、方波输出、显示等。
下面是程序
include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit LCP=P2^2;
sbit SCP=P2^1;
sbit SI=P2^0;
sbit S1=P2^3;
sbit S2=P2^4;
sbit S3=P2^5;
sbit S4=P2^6;
sbit S5=P2^7;
sbit DA0832=P3^3;
sbit DA0832_ON=P3^2;uchar fun=0,b=0,c=0,d=0,tl,th;
uchar code tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar code tosin[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5 ,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5 ,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd ,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xde,0xdd,0xda ,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99 ,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51 ,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16 ,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 ,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02 ,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15 ,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e ,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66 ,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80 };
void display(unsigned char command){
unsigned char i;LCP=0;
for(i=8;i>0;i--){
SCP=0;
if((command & 0x80)==0){
SI=0;}
else {
SI=1;}
command<<=1;
SCP=1;}
LCP=1;}
void key1(void){
fun++;
if(fun==4)
fun=0x00;}
void key2(void){
tl++;
if(tl==0x1f)
th++;}
void key3(void){
tl--;
if(tl==0x00)
th--;}
void key4(void){
double t;
int f;
TR0=0;
t=(65535-th*256-tl)*0.4;
f=(int)(1000/t);
S3=tab[f%10];
f=f/10;S2=tab[f%10];
f=f/10;
if(f==0)
S1=0;
else
S1=tab[f];
TR0=1;}
void key5(void){
tl--;
if(tl==0x00)
th++;}
void judge(void){
uchar line,row,de1,de2,keym;
P1=0x0f;
keym=P1;
if(keym==0x0f)return;
for(de1=0;de1<200;de1++)
for(de2=0;de2<125;de2++){;} P1=0x0f;
keym=P1;
if(keym==0x0f)return;
P1=0x0f;
line=P1;
P1=0xf0;
row=P1;
line=line+row;/*存放特征键值*/
if(line==0xde)key1();
if(line==0x7e)key2();
if(line==0xbd)key3();
if(line==0x7d)key4();}
void time0_int(void)interrupt 1 //中断服务程序 {
TR0=0;
if(fun==1){
DA0832=tosin[b];//正弦波
b++;}
else if(fun==2)//锯齿波 {
if(c<128)
DA0832=c;
else
DA0832=255-c;
c++;}
else if(fun==3)// 方波
{
d++;
if(d<=128)
DA0832=0x00;
else
DA0832=0xff;}
TH0=th;
TL0=tl;
TR0=1;}
void main(void){
TMOD=0X01;TR0=1;
th=0xff;
tl=0xd0;
TH0=th;
TL0=tl;
ET0=1;
EA=1;
while(1){
display();
judge();} }
五、心得体会
开始的时候由于没有经验，不知如何下手，所以就去图书管找了一些书看，尽管有许多的设计方案，可是总感觉自己还是有许多的东西弄不太清楚，于是就请教同学。他常做一些设计，有一些经验。经过他的解释分析各方案之后，决定用查表的方法来做。这样可以降低一些硬件设计的难度，初次设计应切合自己的水平。用8031需要扩展ROM，这样还要进行存储器扩展。而且现在8031实际中已经基本上不再使用，实际用的AT89S51芯片有ROM，这样把经过采样得到的数值制成表，利用查表来做就简单了。我认为程序应该不大，片内ROM应该够用的。用LED显示频率和幅值，现有集成的接口驱动芯片，波形可通过示波器进行显示，单片机接上D/A转换芯片即可，这样硬件很快就搭好了。
我以为这些做好了，构思也有了，写程序应该是相对容易的。谁知道，写起程序来，才想到功能键要有扫描程序才行呀，我真的感到很难。那时真的有点想放弃？于是就去请教了老师，老师帮忙分析了一下，自己又查阅了一些资料，终于明白了扫描程序怎么写。
于是在自己的努力下，程序很快就写好了。这次是我的第一个设计器件，尽管经历了不少的艰辛，但给我积累了一点设计的经验，最后也有点小小的成就感。后面的路还很长，我还的努力！
参考文献
[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础〔M〕.北京:高等教育出版社，2003.345-362
[2] 潘永雄，沙河，刘向阳.电子线路CAD实用教程〔M〕.西安：西安电子科技大学出版社，2001.13-118.[3] 张毅刚，彭喜源，谭晓昀，曲春波.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈
尔滨工业大学出版社，1997.53-61.
第五篇：低频函数信号发生器设计
实验报告
课程名称：
电子系统综合设计
指导老师：
周箭
成绩：
实验名称：低频函数信号发生器（预习报告）实验类型：
同组学生姓名：
一、课题名称
低频函数信号发生器设计
二、性能指标
（1）同时输出三种波形：方波，三角波，正弦波；（2）频率范围：10Hz～10KHz；
（3）频率稳定性：（4）频率控制方式：
① 改变RC时间常数；
； ② 改变控制电压V1实现压控频率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分为10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。
（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波线性度δ/Vom<1%，正弦波失真度
；
（6）输出方式：
a)做电压源输出时
输出电压幅度连续可调，最大输出电压不小于20V 负载RL=100Ω～1KΩ时，输出电压相对变化率ΔVO/VO<1% b)做电流源输出时
输出电流幅度连续可调，最大输出电流不小于200mA 负载RL=0Ω～90Ω时，输出电流相对变化率ΔIO/IO<1% c)做功率源输出时
最大输出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有输出过载保护功能
三、方案设计
根据实验任务的要求，对信号产生部分，一般可采用多种实现方案：如模拟电路实现方案、数字电路实现方案、模数结合的实现方案等。
数字电路的实现方案
一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。
数字电路的实现方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频（如>1MHz）信号。
模数结合的实现方案
一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。
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。
模拟电路的实现方案有几种：
①用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。
② 由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，该电路方式也是本实验信号产生部分的推荐方案。这种电路在一定的频率范围内，具有良好的三角波和方波信号。而正弦波信号的波形质量，与函数转换电路的形式有关，这将在后面的单元电路分析中详细介绍。
四、单元电路分析
1、三角波，方波发生器
由于比较器+RC电路的输出会导致VC线性度变差，故采用另一种比较器+积分器的方式
积分器
同相滞回比较器
由积分器A1与滞回比较器A2等组成的三角波、方波发生器电路如图所示。在一般使用情况下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不为50%，或三角波的正负幅度不对称时，可通过改变V+1和V-2的大小和方向加以调整。
合上电源瞬间，假定比较器输出为低电平，vO2=VOL=-VZ。积分器作正方向积分，vO1线性上升，vp随着上升，当vp>0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为高电平，vO2=VOH=+VZ。积分器又开始作负方向积分，vO1线性下降，vp随着下降，当vp<0时，即vo1≥R2/R3*,比较器翻转为低电平，vO2=VOH=-VZ。
取C三种值:0.1uF 对应10-100Hz； 0.01uF 对应100-1kHz； 0.001uF 对应1k-10kHz。调节R23的比值可调节幅度，再调节R，可调节频率大小。
2、正弦波转换电路 常用方法有使用傅里叶展开的滤波法，使用幂级数展开的运算法，和转变传输比例的折线法。但前二者由于其固有的缺陷：使用频率小，难以用电子电路实现的原因，在本实验中舍弃，而采取最普遍的折线法。
折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逼近，输出近似的正弦电压波形。由于电子器件（如半导体二极管等）特性的理想性，使各段折线的交界处产生了钝化效果。因此，用折线法实现的正弦函数转换电路，实际效果往往要优于理论分析结果。
用折线法实现正弦函数的转换，可采用无源和有源转换电路形式。无源正弦函数转换电路，是指仅使用二极管和电阻等组成的转换电路。根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）二极管通路以改变转换网络的衰减比，输出近似的正弦电压波形。
有源正弦函数转换电路除二极管、电阻网络外，还包括放大环节。也是根据输入三角波电压的幅度，不断增加（或减少）网络通路以改变转换电路的放大倍数，输出近似的正弦电压波形。
有
源
正
弦
函
数
若设正弦波在过零点处的斜率与三角波斜率相同，即
则有，由此，可推断出各断点上应校正到的电平值：
方案一，使用二极管控制形成比例放大器，使得运放在不同时间段有不同的比例系数
方案二，用二极管网络，实现逐段校正，运放A组成跟随器，作为函数转换器与输出负载之间的隔离（或称为缓冲级）。
当输入三角波在T/2 内设置六个断点以进行七段校正后，可得到正弦波的非线性失真度大致在1.8 % 以内，若将断点数增加到12 个时，正弦波的非线性失真度可在0.8 %以内。3 输出级电路 根据不同负载的要求，输出级电路可能有三种不同的方式。
(1)电压源输出方式
电压源输出方式下，负载电阻RL通常较大，即负载对输出电流往往不提出什么要求，仅要求有一定的输出电压。同时，当负载变动时，还要求输出电压的变化要小，即要求输出级电路的输出电阻RO足够小。为此，必须引入电压负反馈
图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图12（b）所示。
(2)电流源输出方式
在电流源输出方式下，负载希望得到一定的信号电流，而往往并不提出对输出信号电压的要求。同时，当负载变动时，还要求输出电流基本恒定，即要求有足够大的输出电阻Ro。为此，需引入电流负反馈。
图（a）电路的最大输出电压受到运放供电电压值的限制，如运放的VCC 和VEE 分别为±15V时，则VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的输出电压幅度，必须采用电压扩展电路，如图（b）所示。
a）为一次扩流电路，T1 和T2 组成互补对称输出。运放的输出电流IA中的大部分将
图（作为T1、T2 的基极电流，所以IO = βIA。图（b）为二次扩流电路，用于要求负载电流IO 较大的场合。复合管T1、T2和T3、T4 组成准互补对称输出电路。
(3)功率输出方式
在功率输出方式下，负载要求得到一定的信号功率。由于晶体管放大电路电源电压较低，为得到一定的信号功率，通常需配接阻值较小的负载。电路通常接成电压负反馈形式。如用运放作为前置放大级，还必须进行扩流。当RL较大时，为满足所要求的输出功率，有时还必须进行输出电压扩展。
静态时，运放输出为零，– 20V电源通过下列回路：运放输出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置电流 R6 ,C3 和R7 ,C4 组成去耦滤波电路。需要注意的是几个晶体管的耐压限流以及最大功率值。
其中调节W可改变晶体管的静态工作电流，从而克服交越失真。
4)输出级的限流保护 由于功率放大器的输出电阻很小，因而容易因过载而烧坏功率管。因此需要进行限流保护。
图（a）是一种简单的二极管限流保护电路，当发生过流（I o过大）时，R3、R4 上的压降增大到足以使D3、D4 导通，从而使流向T1、T2 基极的电流信号I1、I2 分流，以限制I o 的增大。
图（b）是另一种限流保护电路，T3、T4 是限流管。当I o 过大，R5、R6 上的压降超过0.6V时，T3、T4 导通防止了T1、T2 基极信号电流的进一步增大。I o 的最大值为 0.6/R5，R3、R4 用来保护限流管T3、T4。
五、仿真分析
以1KHz为例即C=1nF
三角波方波发生电路
方波下降沿时间4.3μs
三角波峰值
改变RP2
改变RP1
调节占空比
调节偏移量
正弦波转换器
三角波转换正弦波，三角波放大后输出峰峰值10V
静态工作点
改变静态工作点（调节RP45）发生失真
功率放大电路
功率放大波形，输入为之前的正弦波，变阻器衰减后最大不失真输出电压
总电路图，模块形式
衰减前的输入信号与输出信号
由仿真结果来看，基本满足设计要求，准备按仿真电路设计实际电路。
六、仿真心得
在仿真的过程中出现了一下几个问题，但后来都分别排查掉了，希望实际连接时不再犯。
1、运放未接电源导致没有波形
2、变阻器接入阻止过小或过大导致没有信号或失真（尤其需要注意）
3、Lm324故障无法解决导致用了LM353代替
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