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信号发生器设计报告

  • 简介:(毕业论文 页数;27 字数:6271)摘要: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。它根据用途不同,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...
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(毕业论文 页数;27 字数:6271)摘要: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。它根据用途不同,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。

 

 

目录
1、 摘要 2
2设计要求 2
3、总体方案设计 2
3.1、方案一 2
3.2、方案二 3
3.3、方案比较与选用 4
4、单元电路设计 5
4.1、原理图: 5
4.2、波形切换及指示 6
4.3、幅度的测量及显示 7
4.4、频率选择 8
4.5、频率显示 9
4.6、总的工作原理图 9
5、器件选用 10
5.1、 ICL8038原理简介: 10
5.2、由ICL8038构成的精密函数波形发生器 11
5.3、扫频信号发生器 12
5.4、集成函数发生器ICL8038电路结构 13
5.5、ICL8038工作原理 14
5.6、LM324 15
5.7、 ICL7107 15
5.8、74HC132 16
5.9、74HC393 18
5.10、74HC4052 19
5.11、 89C51简介 20
6、调试与技术更改 21
7、附录 22
7.1、原理图 22
7.2、 PCB板 23
7.3、元器件清单 23
8、参考文献 26

1、 摘要

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。它根据用途不同,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。

2设计要求

(1)能够输出方波、三角波、正弦波、三种波形,且频率、幅度可调,波形精度±10%。并将输出信号的频率、幅度显示出来。
(2)频率范围为10Hz~100KHz之间 输出电压Vp-p≤24V,三角波Vp-p=8V,正弦波Vp-p>1V;波形特性: tr<10ms,三角波r△<2%,正弦波r-<5%。
(3)频率、幅度的值精度不低于±10% 。
(4)面板设计简洁明了,易于操作。


3、总体方案设计

3.1、方案一
本方案直接采用ICL8038作为波形发生器。波形的具体产生是通过两路DAC来产生,ICL8038在这方面的设计为我们提供了极大的方便,用它实现的好处在于,外围电路极其简单,另外在DAC的编程方面又提供及其便利的编程环境。外围电路的设计包括三大部分,第一是键盘控制电路的设计,这里采用4*4键盘,由IOA的低八位进行控制,把键盘上的行和列分别接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7上,采用外部中断二来中断所显示波形,以便进入下一波形的编辑和输出,在波形输出的同时利用外部中断一来实现同步的频率调节。第二是显示电路的设计,这里为了在波形输出依然有显示,由于单片机的局限性这里采用通常的动态LED显示行不通,因为波形输出时要求CPU不停地为其服务而没有空闲来为LED进行不停更新,解决方案是采用带数据缓存器和驱动的LCD来提供显示,这样只占用八个I/O口即可完成设计要求,也可放弃适时显示功能采用LED显示,这里将提供两种显示方案。第三是滤波和电压转换电路的设计,滤波采用低通滤波器,滤除DAC转换过程中形成的高频小锯齿波。另外由于ICL8038单片机DAC输出为电流输出,为满足达到5V的电压输出,外接OP07运算放大器进行放大,加1千欧姆电阻进行电流信号到电压信号的转换。本设计的特点是全面采用数字电路方案,因而工作稳定可靠。利用单片机控制管理,使频率设置和占空比调整等操作可用键盘输入,十分方便。  

3.2、方案二
本设计方案采用功能很强的大规模数字频率合成器MC145151和多波形宽频率范围信号发生器MAX038 等新器件产生波形和频率,控制与管理电路部分使用SPCE061A单片机以及键盘显示电路。MAX038是一个精密高频波形产生器。它能产生频率高达20MHz的正弦波、三角波、方波等脉冲信号,其压控振荡器的频率分粗调和细调两层控制。用于粗调的控制电压(电流)由一个12位的DAC产生,使输出频率近似等于N倍基准频率。而细调电压则由数字锁相电路MC145151和环路滤波器MAX427产生,由锁相反馈环将频率fo = Nfr锁定。这种方案的优点是频率合成器工作更可靠,锁定更迅速。另外MAX038还包括占空比调整电路、波形同步电路、相位检测电路、波形切换开关和电压基准源等电路,所需外部元件少,使用很方便。控制和管理电路由SPCE061A单片机及外围电路组成。其主要用于对键盘输入的波形和频率选择等数据进行译码,计算出相应的控制参数,控制频率合成器输出正确的信号,并将其频率和波形参数用LED显示出来。对于小型通用信号产生器而言,这是一个比较理想的设计方案。

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