大学本科电子专业波形信号发生器毕业设计.docx

大学本科电子专业波形信号发生器毕业设计.docx

《大学本科电子专业波形信号发生器毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学本科电子专业波形信号发生器毕业设计.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

大学本科电子专业波形信号发生器毕业设计

摘要

随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。

无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一——在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以及载波信号而被广泛的应用。

传统的波形发生器只能产生一些常规的信号如正弦波、方波、脉冲波、三角波等。

FY-Economic系列函数/任意波形发生器采用直接数字合成技术（DS，FG设计，内部D）PA预制1种常用波形，同时用户也可编辑输出8bt5点的用户自定义任意波形；其使用简单方便，信4-i、26号稳定度高，低失真，具有1瓦功率输出、宽频带的频率测量和计数器等功能。

输出信号能够调节幅度和直流偏置。

关键词：

正弦波；方波；函数/任意波形信号发生器；FY-Economic；

目录

引言3

第一章波形发生器电路设计要求4

1.1设计的要求4

1.2设计的指标4

1.3设计的功能4

1.4电路图的框架4

第二章方波、正弦波发生器电路5

2.1方波、正弦波发生器原理框图5

2.2各组成部分的工作原理6

第三章FY-Economic系列函数/任意波形发生器9

3.1FY-Economic的技术指标9

3.2结构功能特性与结果10

总结18

参考文献19

致谢20

引言

随着科学技术的发展，普通的性能单一的波形发生器已经越来越不能满足实际的要求，要想实现性能复杂、波形多样的发生器，频率合成技术是一种较好的实现方法。

信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。

传统的信号发生器一般基于模拟技术，但基于模拟技术的传统信号发生器能生成的信号类型比较有限，一般只能生成少数的规则波形信号。

如果需要生成较复杂的波形信号，电路的复杂度以及设计难度都将大大增加。

传统的电子技术理论教学中，一般多采用工程近似的方法对电路进行分析、计算，特别是对于较复杂的电路设计时，往往需要改变各种元器件的参数，进行设计与匹配，如果元件参数发生变化，学生在短时间内很难把握电路的输出及各种性能指标。

FY-Economic实现了易用性、优异的技术指标及众多功能特性的完美结合，帮助用户更快地完成工作任务。

是电子工程、实验室、生产线及教学、科研的理想设备，同时也可作为工业设备的配套模块使用。

频率范围：

0.01Hz-50KHz；输出幅度：

0.5~8Vp-p（空载）；输出阻抗：

10Ω±10%；正弦波失真度：

≤0.8%（参考频率1kHz）；方波上升下降时间：

≤3.8us；方波占空比范围：

1%~99%，并且可通过实际的电路，对最后的设计结果进行验证。

在电子技术教学中引入电路设计仿真软件设计电路，是提高学生电子电路设计水平和设计能力的有效方法，对于培养创新和实用人才、改革传统的实验教学模式，提高实验教学质量有着重要的意义。

第一章波形发生器电路设计要求

1.1设计的要求

用Multisim软件设计一种波形发生器，要求能实现正弦波等多种波形的输出,并且输出波形符合论文设计要求，设计只给出方波、正弦波的仿真图。

1.2设计的指标

1.输出波形工作频率范围在1Hz－10kHz范围内连续可调。

2.可以输出方波和三角波以及正弦波。

1.3设计的功能

主要功能：

用中小规模集成芯片设计制作产生正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。

基本知识：

数子电子技术、模拟电子技术、555数字芯片原理及功能、电子设计自动化软件Multisim10。

1.4电路图的框架

根据论文设计技术指标的要求，本电路主要由电源指示灯、多谐振荡器、方波输出电路、三角波输出电路、正弦波输出电路等几部分组成。

图1-1多种波形发生器方框图

第二章方波、正弦波发生器电路

2.1方波、正弦波发生器原理框图

原理框图如图2-1所示。

图2-1方波、正弦波信号发生器的原理框图

该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。

然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。

三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。

然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值；峰峰值的信号波。

该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便。

2.2各组成部分的工作原理

一、方波发生电路的工作原理如图2-2所示。

图2-2方波信号发生原理

此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。

RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。

设某一时刻输出电压+Uz,此时滞回电压比较器的门限电压为UTH2。

输出信号通过R对电容C１正向充电，充电波形如图2-3箭头所示。

当该电压上升到ＵTH2时，电路的输出电压变为－Uz,门限电压也随之变为UTH1，电容C1经电阻R放电。

当该电压下降到ＵTH１时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。

上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

图2-3方波信号发生波形

二、方波--三角形转换电路的工作原理

（1）电路的组成

图2-4积分电路产生三角波

根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当RC积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和RC积分电路就可以组成三角波信号发生器。

如图2-4所示。

该电路的工作原理是：

方波信号发生器输出的方波输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。

积分电路的输出端除了输出三角波信号外，还通过电阻R1.Rp1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变成方波信号输出。

该电路工作波形图如图2-5所示。

图2-5三角波

（2）振荡频率

因为，该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。

三角波输出信号的幅度等于滞回电压比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为 

   u+=UOR1/（R1+R2）-UOR2（R1+R2）=u-=0 

由此可得输出信号的幅度为：

Uom=UTH=R1Uz/R2 

设积分电路的输出电压从+Uom到－Uom所需要的时间为t，根据积分电路输出电压和输入电压的关系式可得 

2Uom=uo1*t/（C*R4） 

即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2 

因三角波信号的周期为2t,所以三角波输出信号的频率为

f=R2/（4R1*R4*C1）

三、三角形--正弦波转换电路的工作原理如图2-6所示

图2-6三角波产生正弦波原理图

原理：

采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波如图2-7所示。

图2-7正弦波

第三章FY-Economic系列函数/任意波形发生器

3.1FY-Economic的技术指标

有下述优异的技术指标：

1.三个可下载的26点任意波形存储器5；

2.预制1种常用波形,4用户可自定义3种波形；

3.1瓦功率信号输出；

4.体积小，功能多，携带方便；

5.频率精度高：

频率精度可达到10-6数量级；

6.频率分辨率高：

全范围频率分辩率10mHz；

7.无量程限制：

全范围频率不分档，直接数字设置；

8.波形精度高：

输出波形由函数计算值合成，波形精度高，失真小；

9.多种波形：

正弦，方波，三角波，锯齿波，用户自定义波形（任意波）,常用脉冲、噪声、心电图等波形；

10.存储特性：

可以存储10组用户设置的仪器状态参数，可随时调出重现；

11.操作方式：

全部按键操作，LCD1602液晶英文显示，直接数字设置或旋钮连续调节；

12.高可靠性：

大规模集成电路，表面贴装工艺，可靠性高，使用寿命长；

13.频率测量：

自带20MHz频率计功能，对内部/外部信号进行频率测量；

●技术指标

信号输出

输出波形正弦，方波（占空比可调），三角波，锯齿波，任意波,常用脉冲、噪声、心电图等波形。

输出幅度0.5~8Vp-p（空载）

输出阻抗10Ω±10%

直流偏置±3V

频率范围0.01Hz~50KHz

频率分辨率0.01Hz（10mHz）

频率准确度±5×10-6

频率稳定度±2×10-6/3小时

正弦波失真度≤0.8%（参考频率1kHz）

三角波线性度≥98%（0.01Hz~5kHz）

方波上升下降时间≤3.8us

方波占空比范围1%~99%

COUNTER计数器功能

计数范围0-65535

测频范围1Hz~20MHz

输入幅度0.5Vp-p~20Vp-p

其它

显示方式LCD1602液晶英文显示

存储和调入功能M0-M9（M0:

默认调入）

尺寸83mm（长）×60mm（宽）×24mm（高）

蜂鸣器提示功能可通过程序设置开启或关闭

制造工艺表面贴装工艺，大规模集成电路，可靠性高，使用寿命长

操作特性全部按键操作，旋钮连续调节

环境条件温度：

0~40℃湿度：

﹤80%

3.2结构功能特性与结果

结构功能说明：

结果操作说明：

1.【Select】键可以在调节频率和功能调节之间选择，屏幕最左边的“*”号指示当前是

2.在调节频率的时候，【t】键和【u】键能够左右移动光标指示位置，【OK】键能够切换频率显示的单位（Hz，kHz）。

此时通过旋转编码开关可以加减光标指示位的数字，从而改变输出频率。

（注：

任意波显示的频率为参考频率，即：

实际输出频率=显示频率值×用户输入256点的任意波周期）

步进频率：

1kHz

步进频率：

0.01kHz等等

频率单位变为Hz

频率单位变为KHz

3.在调节功能的时候，【t】键和【u】键能够选择要调节的项目，主要有WAVE，DUTY，COUNTER，EXT.FREQ，SAVE和LOAD。

4.WAVE表示当前调节的波形，通过按OK按键或旋转旋钮可以改变当前的波形，SINE对应正弦波，SQUR对应方波，TRGL对应三角波，ARBI1、ARBI2、ARBI3为用户自定义的任意波形，PREC1、PREC2、PREC3、PREC4、PREC5为预制波形。

（注：

任意波显示的频率为参考频率，实际输出频率=显示频率×用户自定义波形周期）

主输出波形是“正弦波”

主输出波形是“方波”

主输出波形是“三角波”

主输出波形是“任意波1”（初始：

洛仑兹脉冲）

主输出波形是“任意波2”（初始：

多音频）

主输出波形是“任意波3”（初始：

无规则噪声）

主输出波形是“心电图”

主输出波形是“梯形脉冲”

主输出波形是“辛克脉冲”

主输出波形是“窄脉冲”

主输出波形是“高斯白噪声”

主输出波形是“调幅波形”

主输出波形是“调频波形”

5.DUTY是指占空比调节，此时旋转编码开关能够调节占空比，SQUR可以在1%~99%之间调整，TRGL则有三种情况，50%是标准三角波，大于50%和小于50%则对应两种不同的锯齿波，占空比调节对SINE是无效的。

（WAVE=SQUR）

（WAVE=SQUR）

（WAVE=TRGL）

（WAVE=TRGL）

（WAVE=TRGL）

6.COUNTER是计数器功能，此时屏幕显示计数值，输入脉冲可以从EXTF输入，按下OK键可以对计数值进行清0，重新计数。

7.EXT.FREQ是外测频功能，能够测量EXTF输入信号的频率。

8.SAVE能够将当前频率值、当前波形以及占空比数据存储在仪器内部存储器，以便下次调出，共有0~9十个存储位置，可以通过编码开关进行调节，调好后，按下OK键可以存储，此时屏幕右下角会出现“OK”表示存储成功，如果您将当前数据存入到位置0，则下次开机会默认调入该值。

（设定存储位置）

（存储参数到位置“0”完毕，显示OK）

9.LOAD表示调入当前存储位置中的参数，具体操作类似于SAVE，不再重复。

10.幅度调节电位器调节输出信号幅度。

11.偏置调节电位器调节输出信号直流偏置。

结果

1.标准的正弦波

2.标准三角波

3.标准方波

4.DUTY=20%方波

5.DUTY=80%

6.实物图

总结

通过这次对方波--正弦波波形转换电路的设计，我还我还深刻认识到了“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过程中，我个人感觉调试部分是最难的，同时，也提高了我们查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等专业能力水平，而且通过整体的掌握对布局的取舍以及对细节的斟酌处理，都使我们能力得到了锻炼、经验得到了丰富，抗压能力以及耐力在不同程度上得到了提高，这是我们都想看到的也是我们进行毕业设计的目的所在。

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！

希望在这次的设计在以后的实验中吸取更多地教育和经验，为以后的工作与学习打下了一定的基础。

参考文献

[1]陈宗梅：

模拟电子技术实验与课程设计，北京理工大学出版社2011-12-01

[2]刘祖刚：

模拟电子电路原理与设计基础，机械工业出版社2012-1-1

[3]李淑明：

模拟电子电路实验设计仿真，电子科技大学出版社2010-2-1

[4]胡圣尧，关静：

模拟电路应用设计，科学出版社2009-8-1

[5]张丽华，刘勤勤，吴旭华：

模拟电子技术基础--仿真实验与课程设计2009-12-1

[6]广东省中等职业学校教材编写委员会：

电子技术基础（上册）（修订本），广东高等教育出版社2005-8

[7]陶桓奇，张小华，彭其胜：

《模拟电子技术》[M]，华中科技大学出版社2007-170-230

[8]李万臣：

模拟电子技术基础与课程设计，哈尔滨工程大学出版社2001-3

[9]谭爱国：

模拟电子技术实验及综合设计，西安电子科技大学出版社2013-2-1

[10]赵景波：

模拟电子技术应用基础，人民邮电出版社2009-10

致谢

在这里请接受我诚挚的谢意！

首先衷心感谢我们的指导老师，本次课程设计是在老师的悉心指导下完成的。

老师渊博的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力、活跃的思想、以及平易近人的师长风范，也使我们受益匪浅。

值此论文完成之际，谨向老师致以深深的敬意和衷心的感谢。

同样为了你们的感谢无私帮助，才会我的毕业论文工作顺利完成。

因此，成功不是属于一个人的，而是属于大家的。

在此我向创新学院、计算机与通信系的全体老师表示深深的感谢。

最后要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。

在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！

我一定会好好孝敬和报答他们！

附录：

Fromtheworldofradiointheworldtoasinglechip

Moderncomputertechnology,industrialrevolution,theworldeconomyfromthecapitalintotheeconomytoknowledgeeconomy.Fieldintheelectronicworld,fromthe20thcenturyintotheeraofradiotocomputertechnologyinthe21stcenturyasthecenteroftheintelligentmoderneraofelectronicsystems.Thebasiccoreofmodernelectronicsystemsareembeddedcomputersystems（referredtoasembeddedsystems）,whilethemicrocontrolleristhemosttypicalandmostextensiveandmostpopularembeddedsystems.

First,radiohascreatedgenerationsofexcellenceintheworld

Fiftiesandsixtiesinthe20thcentury,themostrepresentativeoftheadvancedelectronictechnologyiswirelesstechnology,includingradiobroadcasting,radio,wirelesscommunications（telegraph）,AmateurRadio,radiopositioning,navigationandothertelemetry,remotecontrol,remotetechnology.Earlythattheseelectronictechnologyledmanyyoungpeopleintothewonderfuldigitalworld,radioshowwasawonderfullife,theprospectsforscienceandtechnology.Electronicsbegantoformanewdiscipline.Radioelectronics,wirelesscommunicationsbegane-worldjourney.Radiotechnologynotonlyasarepresentativeofadvancedscienceandtechnologyatthattime,butalsofrompopulartoprofessionalfieldsofscience,attractingtheyoungpeopleandenablethemtofindalotoffun.Orefromthebedsidetothesuperheterodyneradioradio;reportissuedfromtheradioamateurradiostations;fromthetelephone,electricbelltotheradiocontrolmodel.Becamepopularyouthradiotechnology,scienceandtechnologyeducationisthemostpopularandmostextensivecontent.Sofar,manyoftheoldergenerationofengineers,experts,Professoroftheyearareradioenthusiasts.Funradiotechnology,radiotechnology,comprehensivetraining,frombasicprinciplesofelectronics,electroniccomponentstotheradio-basedremotecontrol,telemetry,remoteelectronicsystems,hastrainedseveralgenerationsoftechnologicalexcellence.

Second,fromthepopularityoftheradioeratoeraofelectronictechnology

Theearlyradiotechnologytopromotethedevelopmentofelectronictechnology,mostnotablyelectronicvacuumtubetechnologytosemiconductorelectronic

technology.Semiconductortechnologytorealizetheactivedeviceminiaturizationandlowcost,somorepopularwithradiotechnologyandinnovation,andtogreatlybroadenthenumberofnon-radio-controlareas.Thedevelopmentofsemiconductortechnologyleadtotheproductionofintegratedcircuit,formingthemodernelectronictechnologyleapfromdiscreteelectronicsintotheeraoferaofintegratedcircuits.Electronicdesignengineersnolongerusethediscreteelectroniccomponentsdesignedcircuitmodules,anddirectselectionofintegratedcircuitcomponentsconstituteasinglesystem.Theyfreedthedesignofthecircuitunitdedicatedtosystemdesign,greatlyliberatingtheproductiveforcesofscienceandtechnology,promotethewiderspreadofelectronicsystems.Semiconductorintegratedcircuitsinthebasicdigitallogiccircuitsfirstbreakthrough.Alargenumberofdigitallogiccircu