简易正弦信号发生器的设计

第一篇：简易正弦信号发生器的设计

实验六 简易正弦信号发生器的设计

一、实验目的1.进一步熟悉Quatus软件的使用方法；

2.掌握逻辑分析仪的使用方法；

3.掌握LPM-ROM的使用方法；

二、实验内容

定制LPM-ROM模块，并利用其设计一个简易的正弦信号发生器，该信号发生器由以下三部分组成：

（1）计数器或地址信号发生器；

（2）正弦信号数据存储器ROM（6位地址线，8位数据线），含有128个8位波形数据（一个正弦波形周期）。

（3）VHDL顶层程序设计

注意：本实验中未给正弦信号波形接D/A转换器，因而采用逻辑分析仪进行观察，具体观察方法见教材208页。

本实验中待测信号为ar和q。时钟选择clk；时能信号为en，高电平触发。

三、实验记录

1.VHDL语言程序

2.仿真波形

3.逻辑分析仪观察结果。

四、问题讨论

1.总结宏功能模块的应用环境，可实现哪些设计？

2.设计一个方波生成器。

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：实验五正弦信号发生器设计

实验五正弦信号发生器设计

一、实验目的1．熟悉利用QuartusII及其LPM_ROM与FPGA硬件资源的使用方法；

2．掌握LPM模块的重要功能；

3．熟悉MegaWizard Plug-In Manager的使用方法。

二、实验设备

计算机，QuartusII 6.0 版软件，JTAG下载线，EDA实验挂箱（EP1C6Q240C8）。

三、实验原理

设计一8位宽、1024点的正弦信号发生器。

正弦信号发生器的结构由四个部分组成：

1.计数器或地址发生器（10位地址线）；

2.正弦信号数据ROM（存放正弦波的采样数据，采样频率20MHz：8位数据线、10位地址线）；

3.VHDL顶层设计；

4.D/A转换器（8位）。

四、实验步骤和内容

1．在QuartusII上利用MegaWizard Plug-In Manager功能，调用LPM_ROM函数定制8位宽、1024点ROM，并进行初始化。然后对设计实体进行编辑、编译、综合、适配、仿真。

2.利用QuartusII文本编辑器设计10位二进制计数器，做为地址发生器，对设计实体进行编辑、编译、综合、适配、仿真。

3.利用层次化设计方法设计一8位宽、1024点的正弦信号发生器。

4.D/A转换器采用试验箱配备的DAC0832。

5.引脚锁定和硬件下载测试。引脚锁定后进行编译、下载和硬件测试实验。将实验过程和实验结果写进实验报告。

6.使用SignalTap II对设计的正弦信号发生器进行实测。采样时钟使用系统时钟20MHz。

7.使用在系统存储器数据读写编辑器对设计的正弦信号发生器进行实测，观测结果；

8．实验报告。将实验原理、设计过程、编译仿真波形和分析结果、硬件测试实验结果写进实验报告。

五、思考题

如何实现对输出正弦信号的频率和相位可调？

第四篇：信号发生器设计（推荐）

模拟课程设计题

信号发生器设计

设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路，电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定，具体要求如下：

（１）输出信号的频率范围为100~800Hz，步进为100Hz。（60分）

（２）要求输出信号无明显失真，特别是正弦波信号。（30分）

评分标准：

（１）范围满足设计要求得满分，否则酌情扣分。

（２）输出信号无明显失真可满分，有明显失真酌情扣分。

发挥部分（附加10分）：

进一步扩大输出信号范围和减小步进频率。

第五篇：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。

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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