尹其畅电子技术课程设计.docx

1、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

2、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 41.1总体设计方案论证及选择 41.2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 62.1信号发生电路设计总框图 62.3 方波三角波转换电路原理图 72.4三角波正弦波转换电路原理图

3、82.5数字显示输出信号频率和电压幅值 92.6对选取的最后方案的综述： 92.7各组成部分的工作原理 92.8显示部分 122.9电路的参数选择及计算 14第三章 系统综述、总体电路图 153.1方波-三角波-正弦波函数发生器实验电路 153.2显示部分电路图 163.3 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

4、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

5、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

6、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 ICL8038 运算放大器（ua741）设计要求：1. 信号频率范围1HZ100kHZ；2. 输出波形应有： 方波、三角形、正弦波；3. 输出信号幅值范围010V；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

7、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。

8、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

9、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

10、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

11、8038芯片的优点是十分明显如下、集成度比较高，输出稳定，、构成的电路简单，所用的元件少，经济实惠。、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。、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01高线性度；具有0001Hz1MHz的频率输出范围；工作变化周期宽，298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

12、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、1 IC 8038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3-1 ICL8038内部原理电路框图图3-2 8038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）；

13、 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I2I1 ，因

14、此电容C放电，VC随时间线性下降。当VC下降到vCVR/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I1I2Uo1时，A1输出的是高电平，Ua1Ui，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

15、Uo1，会有很大的Ua1对电容进行充电，稳定后有Ua1=Ui+Ud2，保证了闭环时Ua1= Ui= Uc1抵消二极管导通电压Ud2的影响。(b) 当UiUo1时, 二极管D1导通有Ua1=UiUd1 Ui，D2截止，由于电容C1没有放电回路则有Ua1= Ui= Uc1，处于保持模式，实现峰值电压检测。(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

16、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（ISBN 978-7-302-12064-3）2林涛模拟电子技术重庆大学出版社2004年12月(ISBN 7-5623-2831-X/TN70)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

17、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/TN2578）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MC45582电阻若干3电容若干4幅频转换器LM33115模数转换器ICL71356晶体管NPN若干78数码管59五路达林顿管5G14

18、13S110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：