尹其畅电子技术课程设计.docx
《尹其畅电子技术课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《尹其畅电子技术课程设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
尹其畅电子技术课程设计
电子技术课程设计
函数发生器
专业_
班级
姓名
指导教师_________
日期
前言
本次电子技术课程设计是指通过所学知识并扩展相关知识面，设计出任务所要求功能的电路，利用计算机辅助设计的电路仿真，检测并调整电路，设计功能完整的电路图。
我们所选择的课设题目是频函数信号发生器。
在资料收集后，将设计过程分为三部分：
一是系统模块设计，设计电路的系统思想，设计出能满足电路功能的各个模块，画出系统的框图。
二是针对各个模块分别设计电路的各个具体模块的具体电路，并且分别进行仿真和改进。
三是将所有的模块综合在一起，画出系统总图，并用multisim软件进行仿真，针对仿真过程中出现的一些问题仔细检查，对比各个方案的优点和缺点，选出最佳的方案，修改不完善的部分。
最后，对此次课程设计进行总结，反思自己在各个方面的不足，对设计方案中的各个思想进行归纳总结，比较各种方案的优缺点，总结每种设计方案的应用领域和使用范围，为以后得学习实践提供经验。
最终提高我们的学习和动手能力。
吴成兵、程宇、尹其畅
2010年12月22日星期三于兴华
目录
函数信号发生器3
第一章．函数信号发生器系统概述4
1.1总体设计方案论证及选择4
1.2函数发生器的系统总方案框图5
第二章模块划分及单元电路设计分析6
2.1信号发生电路设计总框图6
2.3方波—三角波转换电路原理图7
2.4三角波—正弦波转换电路原理图8
2.5数字显示输出信号频率和电压幅值9
2.6对选取的最后方案的综述：
9
2.7各组成部分的工作原理9
2.8显示部分12
2.9电路的参数选择及计算14
第三章系统综述、总体电路图15
3.1方波-三角波-正弦波函数发生器实验电路15
3.2显示部分电路图16
3.3电路仿真16
第四章结束语18
参考文献19
表一元器件明细表20
收获与体会：
21
函数信号发生器
函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。
在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。
例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压——锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。
对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波正弦波三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。
因此，建议开发一种能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。
本实验中的信号发生器是根据自激振荡原理，使电路在没函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。
也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。
随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。
所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。
本课题设计使用的是以ICL8038集成块为核心器件构成的发生器，ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生低失真正弦波、三角波、矩形波等多种波形。
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制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。
本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。
关键字：
函数发生器峰值电压 频率显示 电压显示 ＡＤＣICL8038
运算放大器（ua741ｍｊ）
设计要求：
1.信号频率范围1HZ～100kHZ；
2.输出波形应有：
方波、三角形、正弦波；
3.输出信号幅值范围0～10V；
4.具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。
第一章．函数信号发生器系统概述
1.1总体设计方案论证及选择
方案一：
由RC桥式电路振荡产生正弦波，再经整形积分产生方波和三角波，原理方框见图1
图一：
由RC网络的转换流程电路图
方案二：
用ICL8038集成函数信号发生器所需信号。
接入外部电路后ICL8038的9、3、2引脚就可分别产生方波、三角波、正弦波，频率调节部分通过其它的引脚接外电路来完成.然后从ICL8038出来经过选择开关选择所需波形进入LM31D8进行放大和幅度调节，最后从LM31D8出来的波即为频率和幅度可调的方波，三角波和正弦波
方案三：
采用DDS作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案，根据输出信号波形类型可设置、输出信号幅度和频率可数控、输出频率宽等要求，选用了AD9850芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字，再经放大后加至以数字电位器为核心的数字衰减网络，从而实现了信号幅度、频率、类型以及输出等选项的全数字控制。
方案四：
利用比较器产生方波，后用积分器产生三角波，经过擦、差分放大器产生正弦波。
可行性分析：
在以上四种方案，方案一：
用RC桥式电路及整形积分电路构成的函数发生器所产生的信号难控制，不易调试，可调范围小；方案二中，应用芯片，由运放，电位器等组成的多功能函数信号发生器，精确度高，；方案三，知识所限，复杂；方案二，产生信号好。
所以选择第二种方案。
1.2函数发生器的系统总方案框图
第二章模块划分及单元电路设计分析
函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形，其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路（函数发生器ICL8038）。
所以可确定多种方案。
3、1〖模型一〗
此方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；由文氏电桥产生正弦振荡，然后通过比较器得到方波，方波积分可得三角波。
这一方案为一开环电路，结构简单，产生的正弦波和方波的波形失真较小。
但是对于三角波的产生则有一定的麻烦，因为题目要求有10倍的频率覆盖系数，然而对于积分器的输入输出关系为：
显然对于10倍的频率变化会有积分时间dt的10倍变化从而导致输出电压振幅的10倍变化。
而这是电路所不希望的。
幅度稳定性难以达到要求。
而且通过仿真实验会发现积分器极易产生失调。
3、2〖模型二〗
也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。
如下框图所示。
由积分器和比较器同时产生三角波和方波。
其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正、负极性的
电位交替地反馈积分器去积分而得到三角波。
该电路的优点是：
1线性良好、稳定性好；
2频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；
3不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；
4三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。
3、3〖模型三〗
用单片集成芯片IC8038实现，此方案要求幅度和频率都可调，可由数字电位器加程控放大器实现。
它是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波，方波，三角波和锯齿波，其震荡频率可以通过外加电压进行调节，又称压控集成信号产生器。
利用8038芯片的优点是十分明显如下
①、集成度比较高，输出稳定，
②、构成的电路简单，所用的元件少，经济实惠。
③、函数波形的频率受内部或外电压控制，可被应用于压控振荡和FSK调制器。
④、具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm／℃；正弦波输出具有低于1％的失真度；三角波输出具有0．1％高线性度；具有0．001Hz～1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽，2％～98％之间任意可调；高的电平输出范围，从TTL电平至28V；易于使用，只需要很少的外部条件。
3、4〖模型四〗
用单片机和A/D转换器实现，编写相应的程序即可实现。
如采用一片AT89S51单片机和DAC0832数模转换器组成的智能数字式低频信号发生器。
按用户的需要，选择运行不同的程序，将会得到不同的波形信号。
再在DAC0832输出端加上一些电压变换电路以及放大整形电路，就完成了一个频率可调的多功能信号发生器的设计。
考虑到实验电路的简单及其稳定性，我们用集成芯片IC8038来实现信号发生器的设计。
4、1IC8038的工作原理
采用8038集成电路，它的内部结构和外观图如下面图一和图二所示，
图3-1ICL8038内部原理电路框图
图3-28038管脚图
管脚说明：
1.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；13、14.空脚
在图一中，由手册和有关资料可看出，IC8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器①等组成。
电压比较器C1、C2的门限电压分别为2VR/3和VR/3（其中VR=VCC+VEE），电流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，且I2必须大于I1。
当触发器的Q端输出为低电平时，它控制开关S使电流源I2断开。
而电流源I1则向外接电容C充电，使电容两端电压VC随时间线性上升，当VC上升到VC=2VR/3时，比较器C1输出发生跳变，使触发器输出Q端由低电平变为高电平，控制开关S使电流源I2接通。
由于I2>I1，因此电容C放电，VC随时间线性下降。
当VC下降到vC≤VR/3时，比较器C2输出发生跳变，使触发器输出端Q又由高电平变为低电平，I2再次断开，I1再次向C充电，VC又随时间线性上升。
如此周而复始，产生振荡。
若I2=2I1,VC上升时间与下降时间相等，就产生三角波输出到脚3。
而触发器输出的方波，经缓冲器输出到脚9。
三角波经正弦波变换器变成正弦波后由脚2输出。
当I1因此，8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波等四种不同的波形。
4、2ICL8038组成函数发生器的应用
由图3-2可见，管脚8为调频电压控制输入端，管脚7输出调频偏置电压，其值（指管脚6与7之间的电压）是（VCC+VEE/5），它可作为管脚8的输入电压。
此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之间外接一电阻，其值常选用10k左右，如图3-3所示。
当电位器Rp1动端在中间位置，并且图中管脚8与7短接时，管脚9、3和2的输出分别为方波、三角波和正弦波。
电路的振荡频率f约为0.3/[C（R1+RP1/2）]。
调节RP1、RP2可使正弦波的失真达到较理想的程度。
在图3-3中，当RP1动端在中间位置，断开管脚8与7之间的连线，若在+VCC与-VEE之间接一电位器，使其动端与8脚相连，改变正电源+VCC与管脚8之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化，因此该电路是一个频率可调的函数发生器。
如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。
图3-2电路图
2.1信号发生电路设计总框图
三个波形之间的转换有许多方法，考虑到学习知识的程度，以及自身的认识及掌握知识的程度，我们采用方波—三角波—正弦波的转化方向。
波形的发生总框图，如下图
图三：
函数发生器组成框图
4.4峰值电压检测及数码管显示
方案一、峰值电压检测
如图4-44可由二极管的单向导电性可以得峰值电压检测，输入信号的一个周期内电容C上的充电速度远远大于放电速度，所以电容可以维持在交流电压峰值附近，但随振幅会有缓慢变化。
由于在R上有能量损耗，所以输出电压Uo总会小于Ui（可由下图易知），存在误差。
（输入正弦波Uo及电容两端Ui的波形）
方案二、精密峰值电压检测
精密峰值电压检测如图2-22可知:
（a）当Ui>Uo1时，A1输出的是高电平，Ua1>Ui，二极管D1截止，D2导通，保持对电容C1充电，此时A1、A2虚断使得R1上的电压和电流都为零，故此构成跟跟踪模式，使电容电压Uc1和输出电压Uo1同步跟踪Ui增大，因为A1开环时，一旦Ui（b）
当Ui（注：
右边箭头表示跟踪模式，左边箭头表示保持模式）
（当幅值变化时得到的峰值波形图）
按上图连接后并加上显示部分得到的电路图如下：
由上图得到峰值波形及其显示如下：
图4正弦波波形图
第四章结束语
函数信号发生器是本次课程设计的较难的一个题目，经过十天的团队合作，我们勉强完成了本课题所需要求。
本设计最大的特色就是信号发生流程相对简单明了，易于理解。
但是，它的难度：
电路对各元件的参数选择要求比较高，调整波形相对而言不方便。
，这些问题仅是受我们自身条件的限制，以及时间有限，还没能完美解决。
直接数字频率合成器也就是DDS却可以很好解决这个问题。
在过程中尝试了一下，从理论到实际操作，虽然还有一段距离，但是，可以肯定，这是一个很不错的解决方法。
参考文献
1林涛·数字电子技术·清华大学出版社·2006年6月·（ISBN978-7-302-12064-3）
2林涛·模拟电子技术·重庆大学出版社·2004年12月·（ISBN7-5623-2831-X/TN·70）
3黄志伟·全国大学生电子设计竞赛·北京航天航空大学出版社·2007年2月（ISBN978-7-81077-983-8）
4赵文博·新型常用集成电路速查手册·人民邮电出版社·2006年1月（ISBN7-115-13821-4/TN·2578）
5王伊娜·Multisim8·国防工业出版社·2006年6月·（IBSN7-11804542-X）
6.杨刚周群电子系统设计与实践2005年1月
电子工业出版社（ISBN7-5053-9593-9）
7.谢自美电子线路设计，实验，测试2006年8月
表一元器件明细表
序号
名称
型号参数
数量
备注
1
运算放大器
MC4558
2
电阻
若干
3
电容
若干
4
幅频转换器
LM331
1
5
模数转换器
ICL7135
6
晶体管
NPN
若干
7
8
数码管
5
9
五路达林顿管
5G1413S
1
10
稳压电源
若干
收获与体会：
课程设计已悄然走到了尾声，回顾此次课设，感慨颇多。
的确，从选题到定稿，从理论到实际，在这短短的日子里，可以说是苦多于乐。
但是，通过自己动手，学到了许多，不仅巩固了以前很学的，也同时扩展了相关的知识面。
我们拿到课题，想利用DDS解决波形输出，从各方面来看，利用数电的思想完成此的设计，颇具优势。
然而，我们在利用DDS做函数信号发生器时遇到了一个问题：
关于波形存储器的波形存储！
后来，我们用有限的单片机知识做了一份函数信号发生器的理论报告，这时，缺点出现了：
我们无法在有限的时间里找到合适元件仿真验证。
更重要的是：
目前，我们做电子课程设计，最重要是在自己已接触的知识的基础上扩展，巩固所学，从而创新！
我们使用单片机既不得心应手，反而还失去了这次课程的意义。
在我们集体认识课程设计的重要思想后，我们决定用模电的思路，利用集成运放元件组成合适电路在电路的设计过程中，正弦振荡电路是其中比较有难度的一部分。
第一次做，难免困难重重，主要是模电知识点掌握的很毛躁，没能深刻理解！
比如说对集成运放的参数计算感觉很有难度，频率和幅值的控制不太熟悉，电路图连接之后，思维混乱，对参数的计算就更吃力了。
通过这次课设之后，要很认真的把所学过的知识温习一遍，温故知新！
附图：
升级会员 