最新论文《信号发生器》

1、12-13学年第二学期开放性实验项目题目: 简易信号发生器设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1103班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 王伟生 教师职称： 副教授 实训地点： 创新实验室 地 点： 31520 开放性实验成绩教师签名： 年 月 日创新实验室开放实验任务书题目： 简易信号发生器设计1、 实训的目的及任务1、 实训的目的创新实验室开放性实验是学生应用已学的计算机、模拟数字电路、微控制器原理、传感器技术、PLC、机电一体化等知识，进行综合实践的训练，培养学生独立思考、独立解决问题的能力，努力开拓学生的知识面和创造力。2、 实训的任务本实践环节主要以51微控制器和运放

2、以及数字集成芯片为主要应用对象，学习简易信号发生器设计的实验制作方法，熟悉实验制作和仿真过程，并能以动态的形式进行显示。2、 实训的内容与要求 学生独立实验制作简易信号发生器，要求电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形；输出信号的频率要求可调；并能根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图。扩展要求为输出信号的幅度和频率要求连续可调，幅度范围为0-5V，频率范围100Hz-10KHz。 技术指标为频率范围：100Hz-1KHz，1Kz-10KHz；输出电压：方波VP-P24V，三角波VP-P=6V，正弦波VP-P=1V；方波tr小于1uS。3、 实训模式本课程为实验教学，以分

3、组形式完成。教师分阶段提出问题、解答学生的疑问，检查学生的进度和完成情况。4、 实训学时分配地点：莲花街校区31520室。时间：412周。5、 参考资料1严隽永译嵌入式微控制器北京：机械工业出版社20052杨国田，白焰68HC12微控制器原理、应用于开发技术北京：电力出版社20033何立民微控制器应用系统设计北京：北京航空航天大学出版社20024 胡汉才.MCS-51单片机原理与应用.北京：北京清华大学出版社，1997，75常小玲.电气控制技术与可编程控制器 北京机械工业出版社2006，12审查意见： 领导签字： 2013年4月13日摘 要信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器，电路形式

4、可以采用由运放及分离元件构成，也可以采用单片集成函数发生器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。针对学校教学实验和业余制作测试等需要，本设计以运算放大器LM324为核心器件，设计了一个能产生常用波形的简易低频信号发生器。经过计算分析确定了电路的相关参数，在Proteus中进行了仿真，并通过实验测试获得了20Hz至20KHz的所需波形。该信号发生器结构简单、经济实用，信号的频率与幅度均可以调节，波形稳定、失真度小。关键字信号发生器 设计与仿真 Proteus LM324 目 录 1 引言52 系统总体设计方案比较5 2.1用分立元件组成5 2.2用函数发生器集成芯片7 2.3基于单片机的信号发

5、生器73 系统总体设计方案84 硬件电路设计84.1 正弦波产生电路84.2 方波产生电路104.3三角波产生电路105 电路仿真与测试116 结论127 参考文献 138 附录A 总电路图149 附录B 元件清单151 引言函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。在现代电子学的各个领域,常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。频率越高、产生波形种类越多的发生器性能越好, 但器件成本和技术要求也大大提高, 因此在满足工作要求的前提下, 性价比高的发生器是我们的首选。信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器，电路形式可以采用由运放及分离元件构成，也可以采用单片集成函数发生

6、器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。目前广泛使用的一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，而且有许多功能用不上。这里采用带有差动输入的四运算放大器LM324为核心器件，通过RC桥式振荡电路产生正弦波，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。通过Proteus软件仿真和模拟实验获得了20Hz至20KHz的理想的波形，信号的频率和幅度都可以调节。2 系统总体设计方案比较2.1用分立元件组成的信号发生器传统的信号发生器多应用此类方法。正弦式函数信号发生器工作过程是正弦振荡器输出正弦波,经缓冲级隔离后, 分为两路信号, 一路送放大器输出正弦波, 另一路作为方波形成器的

7、触发信号。方波形成器通常是施密特触发器, 它输出两路信号, 一路送放大器, 经放大后输出方波另一路作为积分器的输人信号。积分器将方波变换为三角波, 经放大后输出。三种波形的输出由开关进行控制。正弦波振荡器大多都采用RC串并联桥式振荡器, 其特点是频率稳定, 易于调节, 并且波形失真小和易于稳幅。其典型电路如图1所示。 图1 RC串并联桥式振荡器其振荡频率决定于RC串并联选频网络的谐振频率, 表达式为通过调节R，C值即可调节输出正弦波的频率。方波形成电路通常是过零比较器, 典型电路如图2所示。输入为正弦波, 通过比较器，输出变为方波信号。图2 过零比较器方波通过积分电路便成为三角波，典型的积分电

8、路如图3所示。图3 积分器2.2利用专门的函数发生器集成芯片利用专门的函数发生器集成芯片能产生多种波形, 达到较高的频率, 外围电路简单且易于调试。早期的函数信号发生器芯片,如L8038、BA205等，但它们的功能较少,精度不高, 频率上限只有, 无法产生更高频率的信号, 调节方式也不够灵活, 频率和占空比不能独立调节, 二者互相影响。鉴于此, 美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器芯片MAX038，它克服了上述芯片的缺点, 可以达到更高的技术指标, 是上述芯片望尘莫及的。2.3基于单片机的数字化函数信号发生器基于单片机的数字化函数信号发生器具有线路相对简单, 结构紧凑, 价格低廉, 频率

9、稳定度高,抗干扰能力强, 用途广泛等优点, 并且能够对波形进行细微调整, 改良波形, 使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改, 调整程序, 即可完成功能升级。常用的为单片机+D/A芯片，如图4所示。图4 单片机+D/A芯片 3 系统总体设计方案正弦波采用RC桥氏振荡电路产生，其特点是振幅和频率稳定且调节方便，能够产生频率很低的正弦信号；然后用过零比较器产生方波，再经过RC积分电路产生三角波，三种信号的频率相同，如图5所示。图5波形产生与变换示意图4 硬件电路设计4.1 正弦波产生电路正弦波产生电路不仅要产生所需输出的正弦信号，而且是后面电路的输入信号。该部分电路采用典型的桥氏正弦波振荡电路，如

10、图所示，它由放大环节与选频网络两部分组成。以运算放大器为核心构成放大环节，由电阻与电容串联、电阻与电容并联所组成的网络为串并联选频网络。选频网络同时为正反馈电路，提供零相移并构成同相放大器，为深度负反馈，以获得良好的输出波形。若 ， ，则选频网络的中心频率为 （）。当电路工作于该频率时，反馈系数最大且为 ，根据振荡条件，放大电路的电压增益至少应该为（），因此为了保证电路起振，要求 。图6 桥式振荡电路在实际应用中，为了能够调节频率与放大器的增益，可采用如图所示电路。其中： 与二极管，构成负反馈网络和稳幅环节。调节可改变负反馈的反馈系数，从而调整放大电路的电压增益，使之满足振荡的复制条件。图7

11、振荡仿真电路 鉴于信号频率跨度较大，因此采用组各只容量相差倍的电容和只同轴电位器来调节。选用不同的电容作为振荡频率的粗调，用同轴电位器实现的微调。不同电容及振荡频率对应的电阻阻值如表8所示。表8振荡频率与电阻电容的对应关系频率频率020Hz200Hz2KHz20KHz330nF24K2.4K-33nF-24K2.4K-3.3nF-24K2.4K如要产生的信号，可将电容置为，再同时调节，使之与，串联的阻值在之间变化4.2 方波产生电路方波产生电路相对比较简单，将运算放大器的反相输入端接地，同相输入端接正弦波产生电路的输出端构成过零比较器，如图9所示。图9方波产生电路当输入的正弦信号在正负半周之间

12、变化时，输出为幅值固定且与正弦波同相的方波信号。4.3 三角波产生电路三角波产生电路采用如图10所示的积分电路，由运放：、与、组成。图10三角波产生电路方波信号通过和接放大器的反相输入端，输出信号由，与组成的电路进行积分变换产生的三角波。电容，通过波段开关（该开关应该与选频率网络的波段开关同步）选择，以改变不同频段电路的积分时间常数，电位器可以调节输出信号的幅度。为获得线性良好的三角波，采用电阻进行负反馈限幅，并在选择元件参数时，应使积分电路的时间常数 大于方波信号周期的一半（方波的宽度）。如信号频率为，则方波的宽度为，若取，则。5 电路仿真与测试 结 论 Proteus是集电路设计、分析、仿

13、真、制版等多种功能于一身的实物仿真软件，利用Proteus的ISIS进行设计仿真后，可以将设计结果数据直接导入Proteus的ARES进一步设计PCB，因此通过Proteus仿真技术，提高了电路设计的效率和质量。LM324是低成本的四运算放大器，以其为核心器件设计的低频信号发生器具有电路简单、波形稳定、经济实用、使用方便等优点，能够输出实验测试常用的正弦波、方波和三角波信号，而且信号的频率和幅度均可以调节。该信号发生器可用于学校的教学实验演示和业余制作测试。 幅。文氏桥振荡器的典型电路如图所示。图文氏电桥振荡器一般取, , , 参 考 文 献张晓，赵曰峰，董鸿江低频信号发生器的设计现代电子技术

14、，2009石玉军，刘振来函数信号发生器的设计与仿真现代电子技术，2008华成英，童诗白模拟电子技术基础4版北京：高等教育出版社，2006康华光电子技术基础（模拟部分）5版北京：高等教育出版社，2006夏新凡，陈晓君，伍玉，等正弦信号发生器的设计电子设计工程，20096朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，等Proteus教程：电子线路设计、制版与仿真北京：清华大学出版社，2008附 录A总电路图：附 录B元件清单：Bill Of Materials=QTY PART-REFS VALUE - - - Resistors-2 R1,R2 2.2k 2 R3,R7 5.1k 1 R4 6.8k 1 R5 2.7k 1 R6 20k 1 R8 10k 1 R9