波形发生器课程设计Word文档下载推荐.docx

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附录8

第一章前言

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。

使用的ICL8038构成的发生器可产生三角波、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，加上按钮控制和模拟示波器，则可通过按钮设定所需要的波形频率，波形可用示波器显示。

波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现。

实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。

工作原理嗍也相对简单：

首先是产生正弦波，然后通过波形变换（正弦波通过比较器产生方波，方波经过积分器变为三角波）实现方波和三角波。

在各种波形后加上一级放大电路，可以使输出波形的幅度达到要求，通过开关电路实现不同输出波形的切换，改变电路的具体参数可以实现频率、幅度和占空比的改变。

通过对电路结构的优化及所用元器件的严格选取可以提高电路的频率稳定性和准确度。

在纯硬件法中，正弦波的设计是基础，实现方法也比较多，电路形式一般有LC、RC和石英晶体振荡器三类。

LC振荡器适宜于产生几Hz至几百MHz的高频信号；

石英晶体振荡器能产生几百kHz至几十MHz的高频信号且稳定度高；

对于频率低于几MHz，特别是在几百Hz时，常采用RC振荡电路。

RC振荡电路又分为文氏桥振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。

其中，以文氏桥振荡电路最为常用。

目前，实现波形发生器最简单的方法是采用单片集成的函数信号发生器。

它是将产生各种波形的功能电路集成优化到一个集成电路芯片里，外加少量的电阻、电容元件来实现。

采用这种方法的突出优势是电路简单，实现方便，精度高，性能优越；

缺点是功能较全的集成芯片价格较贵。

实际中应用较多的单片函数信号发生器有MAX038（最高频率可达40MHz）和ICL8038（最高频率为300kHz）。

在本次试验中我们主要使用的是ICL8038芯片对其进行仿真实验。

第二章方案设计

2.1基本原理

本次课程设计用ICL8038作为主控芯片制作一个数值可调节示波器。

主要功能为能分别显示三种波形（正弦波,方波,三角波）,能对其相应的波形进行调频,调幅。

2.1.1ICL8038介绍

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元件就能产生从0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。

输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。

另外由于该芯片具有调频信号输入端,所以可以用来对低频信号进行频率调制。

2.1.2ICL8038工作原理

波形发生器ICL8038的电路结构如图2.1.1所示，共有5个组成部分。

两个电流源的电流分别为Is1和Is2，且Is1=I，Is2=2I；

两个电压比较器I和II的阈值电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc，它们的输入电压等于电容两端的电压Uc,输出电压分别控制RS触发器的S端和R’端，RS触发器的状态输出端Q和Q’用来控制开关S，实现对电容C的充放电；

两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；

三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压.

2.1.1ICL8038内部框图

其中两个电压比较器的电压传输特性如下图2.1.2所示

图2.1.2两个电压比较器的电压传输特性

ICL8038其内部电路由恒流源电路，电压比较器I、Ⅱ，触发器电路，缓冲器电路和正弦变换器电路组成。

工作原理如下：

利用恒流源对外接电容进行充、放电，产生三角波（或锯齿波），经缓冲器I从第3脚输出；

由触发器获得的方波（或矩形波），经缓冲器Ⅱ从第9脚输出；

再利用正弦波变换器将三角波变换成正弦波，从第2脚输出；

改变电容器的充、放电时间，可实现三角波与锯齿波、方波与矩形波的互相转换。

第三章硬件电路设计

3.1总体设计电路图

主要以ICL8038芯片为主题,按下图（3.1.1）所示连线,得到其主要电路图。

其总电路图由ICL8038芯片、固定电阻、电容、可变电阻、多路选择开关和示波器组成。

在对其初始值的设置中，准确定值测试确保其不失真。

图3.1.1总电路图

在对其中各个脚的分析如下：

正弦波线性调节；

2.正弦波输出；

3.三角波输出；

4.恒流源调节；

5.恒流源调节；

6.正电源；

7.调频偏置电压；

8.调频控制输入端；

9.方波输出（集电极开路输出）；

10.外接电容；

11.负电源或接地；

12.正弦波线性调节。

其中的连接法如图3.1.2所示：

图3.1.2ICl芯片脚的连接图

第四章调试及软件仿真

在Proteus仿真软件中实现可以进行不同波形的显示，对其各类波形能够进行调频，调幅。

在实验的调试和软件仿真中可能出现的最大问题就是不能正确的输出波形。

在此时就必须调节滑动变阻器，通过相关的资料确定电阻的大致范围，然后对滑动变阻器进行调节，直到达到我们预期想要的结果。

分辨对其三种不同的波形进行仿真：

（1）管脚9方波的输出仿真图如图4.2.1。

图4.2.1方波仿真结果

（2）管脚2三角波的输出仿真图如图4.2.2。

图4.2.2三角波仿真结果

（3）管脚3正弦波的输出仿真图如图4.2.3。

图4.2.3正弦波仿真结果

结束语

通过这次对波形发生器的制作和设计，让我更加明白了设计电路的程序，也让我更加深入了解了波形发生器的设计理念和思路。

其实这次实验做得并不是很顺利，在运行过程中碰到了很大的困难，比如出不来图形反而出现了错误，出来了图形但是严重失真等。

一开始还比较迷茫，但是我没有失去信心，通过不断地改变阻值，改变接法，终于大体上算是成功了。

但是有点遗憾就是波形还是有点微微失真，电压、频率等幅值误差还是较大。

我想这是促使我要更加努力地学习课本知识来完善电路。

在这里我要感谢李菲老师的帮助，因为老师的提醒，让我的电路更加可行，使用。

也因为老师，让我更加有信心去研究新的方法。

参考文献

[1]郭照南，电子技术与EDA技术课程设计．中南大学出版社，2010.

[2]胡宴如、耿苏燕，模拟电子技术基础第二版[M]．高等教育出版社，2010.

[3]张克农、宁改娣，数字电子技术基础第二版[M].高等教育出版社，2010.

[4]谢自美．《电子线路设计·

实验·

测试》．华中科技大学出版社，2004．

[5]彭介华．《电子技术课程设计指导》．高教出版社，1998．

附录

本次实验所用到的器件的参数如下：

U1----ICL8038

R1----20k

R2, 

R3----4.7k

R4-R7----10k

C1, 

C2----0.1uf

C3----0.01uf

C4----1000pF

B1----12V

RV1----10k

RV2----1k

RV3----15k

RV4, 

RV5----100k

SW1, 

SW2----SW-ROT-3