信号发生器实验报告

1、信号发生器F组组长：*组员：*、*2013年8月12日星期一目录1系统方案41.1系统方案论证与选择41.2方案描述42理论分析与计算53电路与程序设计63.1电路的设计63.1.1 ICL8038模块电路63.1.2 放大电路63.2程序的设计74测试方案与测试结果94.1测试仪器与结果94.2调试出现的问题及解决方案95 小结10摘要本系统设计的是信号发生器，是以 ICL8038和 STC89C51为核心设计的数控及扫频函数信号发生器。ICL8038作为函数信号源结合外围电路产生占空比和频率可调的正弦波、方波、三角波；该函数信号发生器的频率可调范围1100kHz，波形稳定，无明显失真。单片

2、机控制LCD12864液晶显示频率、频段和波形名称。关键字：信号发生器ICL8038、 STC89C51、波形、LCD12864信号发生器实验报告1系统方案1.1系统方案论证与选择方案一：由单片机内部产生波形，经DAC0832输出，然后再经过uA741放大信号后，最后经过CD4046和CD4518组成的锁相环放大频率输出波形，可是输出的波形频率太低，达不到设计要求。方案二：采用单片机对信号发生器MAX038芯片进行程序控制的函数发生器，该发生器有正弦波、三角波和方波信号三种波形，输出信号频率在0.1Hz100MHz范围内。MAX038为核心构成硬件电路能自动地反馈控制输出频率，通过按键选择波形

3、，调节频率，可是MAX038芯片价格太高，过于昂贵。方案三：利用芯片ICL8038产生正弦波、方波和三角波三种波形，根据电阻和电容的不同可以调节波形的频率和占空比，产生的波形频率足够大，能达到设计要求，而且ICL8038价格比较便宜，设计起来成本较低。综上所述，所以选择第三个方案来设计信号发生器。1.2方案描述正弦波三角波方波STC89C51ICL8038外围电路电源LCD12864显示本次设计方案是由ICL8038芯片和外围电路产生三种波形，由公式：f= 0.33RC，改变电阻和电容的大小可以改变波形的频率，有开关控制频段和波形并给单片机一个信号，由单片机识别并在LCD液晶屏上显示，电路的系

4、统法案框图为下图1所示：图1 总系统框图2理论分析与计算如图2，占空比和频率调节电路：图2 占空比和频率调节电路所有波形的对称性都可以通过调节外部定时电阻来调节。如图2所示，RA、RB是外部定时电阻。最好是保持RA和RB的独立性，然后用RA来控制三角波、正弦波的上升部分和方波的状态。三角波的幅度设置在1/3VSUPPLY,因此，三角波的上升部分是：t1=C×VI=C×1/3×VSUPPLY×RA0.22×VSUPPLY=RA×C0.66另一部分三角波、正弦波和方波的状态是：t2=C×VI=C×1/3×VS

5、UPPLY20.22VSUPPLYRB-0.22VSUPPLYRA=RARBC0.662RA-RB则由此两部分可得到波形的频率为：f=1t1+t2=1RAC0.661+RB2RA-RB通过改变RA和RB的阻值即可以改变t1,t2的值，从而调节方波的占空比。当RA=RB=R时,频率f为：f=0.33RCRA和RB的阻值为10k,由于ICL8038的频率范围是0.001Hz300kHz之间，因此，当电容值选取C=100pF时，此时最大输出频率就可以达到300kHz的要求。3电路与程序设计3.1电路的设计3.1.1 ICL8038模块电路如图3，此电路主要由ICL8038产生三种波形，在此电路中可以

6、调节波形的频段、频率和占空比，还可以调节正弦波的失真度。图3 ICL8038模块电路3.1.2 放大电路如下图4放大电路所示，此电路主要是放大波形的幅度,在输出端加一个0.22uF电容起到滤波的作用。图4 放大电路3.2程序的设计1. 总流程图如下图5所示：屏幕初始化程序判断波形选择键按下次数检测频率刷新显示  初始化波形、频率3频段2频段1频段1次3次2次刷新显示检测频率分段键是否按下NOYes判断按下次数正弦波三角波方波1次3次2次刷新显示图5 总流程图检测频率刷新显示2.显示程序流程图如下图6所示：初始化中断、定时器设置定时时长为1S检测频率并显示检测频率2档或3档键

7、是否按下No其他Yes检测20ms是否到YesNo设置定时长为20ms读取频率并显示检测频段1档键是否按下NoYes设置时间为1S检测1S是否到NoYes读取频率并显示其他图6 显示程序4测试方案与测试结果4.1测试仪器与结果测试仪器：稳压电源、示波器测试结果：表1 正弦波在不同电容下不失真频段电容正弦波4312.5 K110 KHz102312Hz40KHz10340 Hz8.7 KHz1040760Hz表2 各波形不失真最大频率正弦波三角波方波431110 KHz110 KHz20KHz10240KHz40KHz16KHz1038.7 KHz8.7 KHz5.6KHz104760Hz760

8、Hz430Hz表3 输出信号波形及电压大小测量输出电压波形方波正弦波三角波输出电压Uop-p范围(f=10kHz)019.10V016.10V016.10V4.2调试出现的问题及解决方案1. 不能实现自动控制刚开始时设计时，考虑用CD4066模拟开关来控制接入电容的大小来调节频段，当单片机给模拟开关一个高电平时，模拟开关闭合，可是当单片机给他一个低电平时，却不能完全关闭模拟开关，不能实现单片机的自动控制，所以我们就用机械开关控制接入的电容，并由此给单片机一个信号是单片机识别波形、频段，并能准确读出输出的频率。2. 干扰大刚开始做PCB板子的时候为了方便，把每个电路都画在了一个板子上，结果各电路之间影响特别大，输出的波形干扰也特别大，不能输出一个很干净的波形，左后解决办法是把每个电路模块化，分别做出来，这样每个电路也比较简单，不容易出错，这样也更清晰明确。5 小结经过几天多终于完成了我们的信号发生器的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次设计把实物都做了出来。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，单片机软件的算法，需要有很巧妙的程序算法，又认识到自己有很多不足。从这次的课程设计中，我真真正正的