数控正弦函数信号发生器设计电路

1、 电子电路课程设计 数控正弦函数发生器 题目二题目二 实用信号源的设计和制作实用信号源的设计和制作 一、任务一、任务 在给定在给定5V5V电源电压条件下，设计并制作一个正弦波电源电压条件下，设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。和脉冲波信号源。 二、要求二、要求 1 1基本要求基本要求 （1 1）正弦波信号源）正弦波信号源 信号频率：信号频率：1 10Hz0Hz1.251.25kHzkHz步进调整，步长为步进调整，步长为5Hz5Hz 频率稳定度：优于频率稳定度：优于1010-4-4 非线性失真系数非线性失真系数3%3% （2 2）脉冲波信号源）脉冲波信号源 信号频率：信号频率：1 10Hz0Hz

2、1.251.25kHzkHz步进调整，步长为步进调整，步长为5Hz5Hz 脉冲占空比：脉冲占空比：2%2%98%98%步进可调，步长为步进可调，步长为2%2% （3 3）三角波及锯齿波）三角波及锯齿波 信号频率：信号频率：1 10Hz0Hz1.251.25kHzkHz步进调整，步长为步进调整，步长为5Hz5Hz 2 2发挥部分发挥部分 （1 1）正弦波和脉冲波频率步长改为）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz1Hz。 （2 2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围为为100mV100mV3V3V，步长为，步长为100mV100mV。 （3 3）正弦波和脉冲

3、波频率可自动步进，步长为）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz1Hz。 （4 4）降低正弦波非线性失真系数。）降低正弦波非线性失真系数。一、课程概况简介一、课程概况简介二二、课题介绍、课题介绍三、三、课题技术指标课题技术指标四四、设计提示设计提示五五、电路调测提示、电路调测提示主要授课内容主要授课内容: :一、课程概况简介一、课程概况简介课程名称课程名称: : 电子电路课程设计电子电路课程设计 （3232学时，两周）学时，两周） 课程性质课程性质: : 必修必修 （2 2学分）学分）教教 材材: :电子电路课程设计电子电路课程设计教学目的教学目的: :1.1.提高模拟电路、数字电路理论和

4、实验的综合能提高模拟电路、数字电路理论和实验的综合能力。力。2.2.掌握综合型电子电路的设计、装配和调测方法。掌握综合型电子电路的设计、装配和调测方法。3.3.掌握电子元器件资料和电路资料的检索方法。掌握电子元器件资料和电路资料的检索方法。4.4.提高设计报告的撰写能力。提高设计报告的撰写能力。5.5.全面培养学生科技工作素质。全面培养学生科技工作素质。教学进程：教学进程：1. 1. 设计要求和提示设计要求和提示（在实验室教师授课，半天）（在实验室教师授课，半天）查阅资料、设计电路查阅资料、设计电路（同学独立完成，（同学独立完成，1 1天半）天半）。2. 2. 讲述装配方法和调测要求讲述装配方

5、法和调测要求（2 2学时）学时）。3. 3. 调测调测（第一周星期三至第二周星期三）（第一周星期三至第二周星期三）。 4. 4. 验收验收（第一周星期三至第二周星期四）（第一周星期三至第二周星期四）。5. 5. 撰写报告撰写报告（第二周星期五）（第二周星期五）、讲评、收尾。、讲评、收尾。2014/2015学年第一学期学年第一学期 2012级电子电路课程设计进度表（第四批）级电子电路课程设计进度表（第四批）班 级内 容教 学 进 度 (2014年10、11月)星期一27日星期二28日星期三29日星期四30日星期五31日星期一3日星期二4日星期三5日星期四6日星期五7日B120301B120306

6、(6个班)布置任务、讲 解查资料、设计讲解装配和调测方法领取元件装配调测调测/验收讲评/报告写作方法还料/打扫卫生写 报 告实验时间为实验时间为8:0011:30,8:0011:30,下午下午13:16:55;13:16:55;教师每天点名教师每天点名; ;2727日下午和日下午和2828日全天为查资料时间日全天为查资料时间, ,可不可不在实验室在实验室, ,其他正课时间必须在实验室其他正课时间必须在实验室, ,未未经请假不到实验室者经请假不到实验室者, ,按旷课论处按旷课论处, ,旷课超旷课超过过3 3天，将取消课程设计资格天，将取消课程设计资格.;.;课程设计期间学生请假离宁课程设计期间学

7、生请假离宁, ,需由辅导员需由辅导员批准批准, ,任课教师无权批准任课教师无权批准; ;课程设计结束课程设计结束后后3 3天内由各班学习委员将课程设计报告收天内由各班学习委员将课程设计报告收齐，交指导教师。齐，交指导教师。 教学方法：教学方法：1. 1. 教法：教法： 在实验室集中，分在实验室集中，分3 3次讲解。次讲解。 * 电路设计提示。电路设计提示。 * 装配要求、调测方法。装配要求、调测方法。 * 实验报告撰写要求。实验报告撰写要求。 辅导实验、最后逐一验收。辅导实验、最后逐一验收。2. 2. 学习方法：学习方法： *认真自学认真自学电子电路课程设计电子电路课程设计相关章节。相关章节。

8、 * 独立完成设计。独立完成设计。 *独立装配、调测、撰写设计报告独立装配、调测、撰写设计报告 。课程纪律：课程纪律：1. 缺少实验达三分之一以上无成绩，必须重修。缺少实验达三分之一以上无成绩，必须重修。2. 设计报告必须手写，不得用打印机打印。设计报告必须手写，不得用打印机打印。3. 预习报告和设计报告抄袭他人者，报告成绩预习报告和设计报告抄袭他人者，报告成绩按按0 0分论处。分论处。4. 迟到、早退迟到、早退3 3次成绩降档。次成绩降档。成绩评定：成绩评定：1. 评分项目：预习报告、装配水平、调测水平、评分项目：预习报告、装配水平、调测水平、完成指标、报告。完成指标、报告。 2. 成绩分档

9、：优秀、良好、中等、及格、不及成绩分档：优秀、良好、中等、及格、不及格、不及格必须重修，没有补考。格、不及格必须重修，没有补考。二、二、 课题介绍课题介绍2.1 2.1 设计课题名称设计课题名称 数控正弦函数发生器数控正弦函数发生器2.2 2.2 课题简介课题简介 数字信号源是目前发展较快的领域，数字信号源是目前发展较快的领域， 用途很用途很广。利用存储器广。利用存储器EPROMEPROM里的正弦函数发生器。这种里的正弦函数发生器。这种由数字合成的信号源较传统的振荡器有很多优点。由数字合成的信号源较传统的振荡器有很多优点。首先，它的输出频率可以方便的进行控制，通过首先，它的输出频率可以方便的进

10、行控制，通过改变读取信号的速度，也可以通过改变样点的读改变读取信号的速度，也可以通过改变样点的读取，实现调频，扫频和数字控制。再者，这种信取，实现调频，扫频和数字控制。再者，这种信号源可以由计算机控制，组合成多种波形的函数号源可以由计算机控制，组合成多种波形的函数信号发生器，另外较传统的模拟型便于集成化，信号发生器，另外较传统的模拟型便于集成化，可靠性可以更高，频率变化范围更宽。可靠性可以更高，频率变化范围更宽。3.1 3.1 技术指标技术指标 1 1、整体功能要求、整体功能要求 数控函数发生器的功能是用数字电路产生正弦波、方波、数控函数发生器的功能是用数字电路产生正弦波、方波、三角波和锯齿波

11、信号，输出信号的频率和电压的幅度均由三角波和锯齿波信号，输出信号的频率和电压的幅度均由数字式开关控制，并用一个自复开关进行选择数字式开关控制，并用一个自复开关进行选择4 4个发光二极个发光二极管，指示波形种类。管，指示波形种类。 事先对一个波形进行取样，把各个样点的取样值存入事先对一个波形进行取样，把各个样点的取样值存入存储器构成函数表（可以存入一个周期的完整信号，也可存储器构成函数表（可以存入一个周期的完整信号，也可以存入半个周期或以存入半个周期或1/41/4个周期）。通过数字频率控制电路对个周期）。通过数字频率控制电路对函数表的读取，再把读取的取样值取出还原成原始的波形函数表的读取，再把读

12、取的取样值取出还原成原始的波形信号，这就构成了信号发生器的基本设计原理。信号，这就构成了信号发生器的基本设计原理。三、课题技术指标三、课题技术指标2 2、系统结构要求、系统结构要求 数控信号发生器的结构如图数控信号发生器的结构如图1 1所示，其中波形发生器所示，其中波形发生器采用数字电路产生正弦波、方波、三角波和锯齿波信号，采用数字电路产生正弦波、方波、三角波和锯齿波信号，频率选择开关用于选择输出信号的频率，幅度选择开关用频率选择开关用于选择输出信号的频率，幅度选择开关用于选择输出信号电压幅度，频率选择开关和幅度选择开关于选择输出信号电压幅度，频率选择开关和幅度选择开关均应采用数字电路。均应采

13、用数字电路。 通过频率控制开关改变频率控制电路的输出频率，由此通过频率控制开关改变频率控制电路的输出频率，由此改变计数器（地址发生器）的循环计数速度，进而改变从改变计数器（地址发生器）的循环计数速度，进而改变从存储器取出的速度，经存储器取出的速度，经D/AD/A变换后输出正弦波信号，再由幅变换后输出正弦波信号，再由幅度控制开关控制输出信号的电压幅度。度控制开关控制输出信号的电压幅度。3 3、电气指标、电气指标 输出信号波形：正弦波、锯齿波、三输出信号波形：正弦波、锯齿波、三角波和方波角波和方波 。 输出信号频率范围：输出信号频率范围：10Hz10Hz1.25KHz1.25KHz 输出信号最大电

14、压：输出信号最大电压：5V5V（峰峰值）。（峰峰值）。 输出频率最小步长：输出频率最小步长：5Hz5Hz。 幅度选择档位：幅度选择档位：6464档。档。4 4、设计条件、设计条件 电源条件：电源条件：5V5V。 5 5、元件清单、元件清单 其他阻、容元件自选。其他阻、容元件自选。1DAC083228位位D/A2MC40461锁相电路锁相电路328C46B1EEPROM存储器存储器4CD4040112位二进制计数器5CD4060114位二进制分频位二进制分频/振荡器振荡器6TL0841运算放大器运算放大器7CD402924 位二进制8CD45181双双BCD同步加计数器同步加计数器98路开关路开

15、关2双制直插式微型开关双制直插式微型开关10RT电阻电阻710K电阻电阻11CL电容电容210pF涤纶电容涤纶电容123.2768M3.2768M晶振113CL电容电容2100pF涤纶电容涤纶电容四、系统设计 1 1、工作原理、工作原理 基准频率：基准频率：时基电路以时基电路以.2768MHz.2768MHz的晶振分的晶振分频产生频产生1212. .8Khz8Khz频率，由频率，由1212. .8 8KhzKhz十分频产生十分频产生1.28Khz1.28Khz频率，再经过频率，再经过256256个地址计数器的分频个地址计数器的分频得到得到5Hz5Hz频率。频率。是否有其他方法，请同学们自己是否

16、有其他方法，请同学们自己在设计时可以考虑下。在设计时可以考虑下。 地址计数器产生地址计数器产生256256个地址依次从存储器中取个地址依次从存储器中取出正弦信号的样值。该样值经出正弦信号的样值。该样值经D/AD/A（）变换，）变换，输出一正弦波。幅度开关控制衰减电路使幅度输出一正弦波。幅度开关控制衰减电路使幅度变化。放大电路可满足输出信号的幅度及输出变化。放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。阻抗的要求。基准电路基准电路D/AIID/AII256256分频分频锁相环电路锁相环电路正弦函数表正弦函数表D/A ID/A I输出输出幅度开关幅度开关可变可变256256分频分频2 2、频率控制

17、电路、频率控制电路 频率控制电路含时基电路，频率开关和频率控制电路含时基电路，频率开关和PLLPLL压控振荡器，如图压控振荡器，如图3 3所示。若输出正弦信号所示。若输出正弦信号频率要求为频率要求为10Hz10Hz1.25KHz1.25KHz，则模，则模256256计数器输计数器输入时钟信号的频率范围为入时钟信号的频率范围为2.56KHz 2.56KHz 320KHz320KHz，即：第一部分电路产生的方波频率范围的下限即：第一部分电路产生的方波频率范围的下限应小于应小于2.56KHz2.56KHz，上限应为，上限应为320KHz320KHz。就是。就是PLLPLL锁锁相环要输出上述频率。相环

18、要输出上述频率。2.12.1时基电路的设计时基电路的设计 首先选择首先选择40604060振荡及分频芯片加上振荡及分频芯片加上3.2768MHz3.2768MHz晶体经过晶体经过8 8位分频产生位分频产生12.8KHz12.8KHz方方波信号，再波信号，再1010分频产生分频产生1.28KHz1.28KHz给给PLL(PLL(锁相锁相环环) )作为基准时钟。利用作为基准时钟。利用PLLPLL倍频功能倍频功能产生产生2.56KHz2.56KHz至至320KHz320KHz频率方波。（频率方波。（N=2-255)N=2-255)时基电路CD4060是是14位二进制计数器，位二进制计数器，3.276

19、8M/28=12.8K4518是是BCD码计数器，码计数器，12.8K/10=1.28K2.2 锁相环CD40461，2.3 PLL（锁相环CD4046）倍频电路3 3、地址计数器的设计、地址计数器的设计M=256M=256计数器，可由计数器，可由CD4040CD4040实现实现.(12.(12位二进制计数位二进制计数器器) )这样，就有八路输出来作为这样，就有八路输出来作为EPROMEPROM的地址。的地址。4 4、存储器及正弦函数表、存储器及正弦函数表 （1 1）28C6428C64芯片的管脚图芯片的管脚图（2 2）正弦函数表的算法设计：）正弦函数表的算法设计： 用用C C语言进行如下编程

20、：语言进行如下编程： #include#include #include #include #define pi 3.1415926 #define pi 3.1415926 void main() void main() int n,I; int n,I; float m; float m; for(n=0;n256;n+) for(n=0;n=0.5) if (m-1=0.5) print( print(“5x5x”,i+1);,i+1); else else print ( print (“5x5x”,i);,i); （3 3）输出数据作为）输出数据作为EEPROMEEPROM里面输入的

21、正弦函数表：里面输入的正弦函数表：（3 3）三角波函数表的算法设计：）三角波函数表的算法设计： 用用C C语言进行如下编程：语言进行如下编程： #include#include void main() void main() int i; int i; int rom_triangle256; int rom_triangle256; int hex2562; int hex2562; for(i=0;i128;i+) for(i=0;i128;i+) rom_trianglei=2 rom_trianglei=2* *i;i; hexi+1281= rom_trianglei/16; hex

22、i+1281= rom_trianglei/16; hexi+1280= rom_trianglei-16hexi+1280= rom_trianglei-16* *hexi1;hexi1; for(i=0;i128;i+) for(i=0;i128;i+) rom_trianglei+128=254-2 rom_trianglei+128=254-2* *i;i; hexi+1281= rom_trianglei+128/16; hexi+1281= rom_trianglei+128/16; hexi+1280= rom_trianglei+128-16 hexi+1280= rom_tr

23、ianglei+128-16* *hexi+1281;hexi+1281; for(i=0;i256;i+)for(i=0;i256;i+) swithch(hexi1) swithch(hexi1) case 0:printf(case 0:printf(“0 0”);break;);break; case 1:printf( case 1:printf(“1 1”);break;);break; case 2:printf( case 2:printf(“2 2”);break;);break; case 3:printf( case 3:printf(“3 3”);break;);bre

24、ak; case 4:printf( case 4:printf(“4 4”);break;);break; case 5:printf( case 5:printf(“5 5”);break;);break; case 6:printf( case 6:printf(“6 6”);break;);break; case 7:printf( case 7:printf(“7 7”);break;);break; case 8:printf( case 8:printf(“8 8”);break;);break; case 9:printf( case 9:printf(“9 9”);break

25、;);break; case 10:printf( case 10:printf(“A A”);break;);break; case 11:printf( case 11:printf(“B B”);break;);break; case 12:printf( case 12:printf(“C C”);break;);break; case 13:printf( case 13:printf(“D D”);break;);break; case 14:printf( case 14:printf(“E E”);break;);break; case 15:printf( case 15:p

26、rintf(“F F”);break;);break; switch(hexi0) switch(hexi0) case 0:printf( case 0:printf(“0 0”);break;);break; case 1:printf( case 1:printf(“1 1”);break;);break; case 2:printf( case 2:printf(“2 2”);break;);break; case 3:printf( case 3:printf(“3 3”);break;);break; case 4:printf( case 4:printf(“4 4”);brea

27、k;);break; case 5:printf( case 5:printf(“5 5”);break;);break; case 6:printf( case 6:printf(“6 6”);break;);break; case 7:printf( case 7:printf(“7 7”);break;);break; case 8:printf( case 8:printf(“8 8”);break;);break; case 9:printf( case 9:printf(“9 9”);break;);break; case 10:printf( case 10:printf(“A

28、A”);break;);break; case 11:printf( case 11:printf(“B B”);break;);break; case 12:printf( case 12:printf(“C C”);break;);break; case 13:printf( case 13:printf(“D D”);break;);break; case 14:printf( case 14:printf(“E E”);break;);break; case 15:printf( case 15:printf(“F F”);break;);break; printf( printf(“

29、 ”);); if(i+1) if(i+1) 16=0)16=0) printf( printf(“nn”);); （4 4）锯齿波函数表的算法设计：）锯齿波函数表的算法设计： 用用C C语言进行如下编程：语言进行如下编程： #include#include void main() void main() int i; int i; int rom_sawtooth256,i; int rom_sawtooth256,i; int hex2562; int hex2562; for(i=0;i256;i+) for(i=0;i256;i+) rom_sawtoothi=i; rom_sawto

30、othi=i; hexi1= rom_sawtoothi/16; hexi1= rom_sawtoothi/16; hexi0= rom_sawtoothi-16hexi0= rom_sawtoothi-16* *hexi1;hexi1; for(i=0;i256;i+)for(i=0;i256;i+) swith(hexi1) swith(hexi1) case 0:printf( case 0:printf(“0 0”);break;);break; case 1:printf( case 1:printf(“1 1”);break;);break; case 2:printf( case

31、 2:printf(“2 2”);break;);break; case 3:printf( case 3:printf(“3 3”);break;);break; case 4:printf(case 4:printf(“4 4”);break;);break; case 5:printf( case 5:printf(“5 5”);break;);break; case 6:printf( case 6:printf(“6 6”);break;);break; case 7:printf( case 7:printf(“7 7”);break;);break; case 8:printf(

32、 case 8:printf(“8 8”);break;);break; case 9:printf( case 9:printf(“9 9”);break;);break; case 10:printf( case 10:printf(“A A”);break;);break; case 11:printf( case 11:printf(“B B”);break;);break; case 12:printf(case 12:printf(“C C”);break;);break; case 13:printf( case 13:printf(“D D”);break;);break; c

33、ase 14:printf( case 14:printf(“E E”);break;);break; case 15:printf( case 15:printf(“F F”);break;);break; switch(hexi0)switch(hexi0) case 0:printf( case 0:printf(“0 0”);break;);break; case 1:printf( case 1:printf(“1 1”);break;);break; case 2:printf( case 2:printf(“2 2”);break;);break; case 3:printf(

34、case 3:printf(“3 3”);break;);break; case 4:printf( case 4:printf(“4 4”);break;);break; case 5:printf( case 5:printf(“5 5”);break;);break; case 6:printf( case 6:printf(“6 6”);break;);break; case 7:printf( case 7:printf(“7 7”);break;);break; case 8:printf( case 8:printf(“8 8”);break;);break; case 9:pr

35、intf( case 9:printf(“9 9”);break;);break; case 10:printf( case 10:printf(“A A”);break;);break; case 11:printf( case 11:printf(“B B”);break; );break; case 12:printf(case 12:printf(“C C”);break;);break; case 13:printf( case 13:printf(“D D”);break;);break; case 14:printf( case 14:printf(“E E”);break;);

36、break; case 15:printf( case 15:printf(“F F”);break;);break; printf(printf(“ ”);); if(i+1) if(i+1)16=0)16=0) printf( printf(“nn”);); （4 4）方波函数表的算法设计：）方波函数表的算法设计： 用用C C语言进行如下编程：语言进行如下编程： #include#include void main() void main() int i; int i; int rom_square256,i; int rom_square256,i; int hex2562; int h

37、ex2562; for(i=0;i128;i+) for(i=0;i128;i+) rom_squarei=255; rom_squarei=255; hexi1= rom_squarei/16; hexi1= rom_squarei/16; hexi0= rom_squarei-16hexi0= rom_squarei-16* *hexi1;hexi1; for(i=0;i256;i+)for(i=0;i256;i+) rom_squarei+128=0; rom_squarei+128=0; hexi+1281=rom_squarei+128/16; hexi+1281=rom_squar

38、ei+128/16; hexi+1280=rom_squarei+1281; hexi+1280=rom_squarei+1281; for(i=0;i256;i+) for(i=0;i256;i+) switch(hexi1) switch(hexi1) case 0:printf( case 0:printf(“0 0”);break;);break; case 1:printf( case 1:printf(“1 1”);break;);break; case 2:printf( case 2:printf(“2 2”);break;);break; case 3:printf( cas

39、e 3:printf(“3 3”);break;);break; case 4:printf( case 4:printf(“4 4”);break;);break; case 5:printf( case 5:printf(“5 5”);break;);break; case 6:printf( case 6:printf(“6 6”);break;);break; case 7:printf(case 7:printf(“7 7”);break;);break; case 8:printf( case 8:printf(“8 8”);break;);break; case 9:printf

40、( case 9:printf(“9 9”);break;);break; case A:printf( case A:printf(“A A”);break;);break; case B:printf( case B:printf(“B B”);break;);break; case C:printf( case C:printf(“C C”);break;);break; case D:printf( case D:printf(“D D”);break;);break; case E:printf( case E:printf(“E E”);break;);break; case F:

41、printf( case F:printf(“F F”);break;);break; switch(hexi0)switch(hexi0) case 0:printf( case 0:printf(“0 0”);break;);break; case 1:printf( case 1:printf(“1 1”);break;);break; case 2:printf( case 2:printf(“2 2”);break;);break; case 3:printf( case 3:printf(“3 3”);break;);break; case 4:printf( case 4:pri

42、ntf(“4 4”);break;);break; case 5:printf( case 5:printf(“5 5”);break;);break; case 6:printf( case 6:printf(“6 6”);break;);break; case 7:printf(case 7:printf(“7 7”);break;);break; case 8:printf( case 8:printf(“8 8”);break;);break; case 9:printf( case 9:printf(“9 9”);break;);break; case 10:printf( case

43、 10:printf(“A A”);break;);break; case 11:printf( case 11:printf(“B B”);break;);break; case 12:printf( case 12:printf(“C C”);break;);break; case 13:printf( case 13:printf(“D D”);break;);break; case 14:printf( case 14:printf(“E E”);break;);break; case 15:printf( case 15:printf(“F F”);break;);break; pr

44、intf( printf(“ ”);); If(i+1) If(i+1)16=0) 16=0) printf( printf(“nn”);); 5 5、D/A(I)D/A(I)电路电路 6、数字幅度控制电路由D/A电路组成。信号从Vref输入，利用DAC0832内部的R-2R电阻网络构成衰减器，实现一个程控放大器。电路如下7 7、DAC0832DAC0832芯片芯片 DACDAC转换方式有很多种，其中在单片集成转换方式有很多种，其中在单片集成D/AD/A转换器中，一般采用的多是转换器中，一般采用的多是R-2RR-2R的倒的倒T T型电阻解型电阻解码网络。码网络。 DAC0832DAC0832芯

45、片是芯片是CMOSCMOS双列直插式单片双列直插式单片8 8位位D/AD/A转换转换组件，它专用于直接与微处理器组件，它专用于直接与微处理器Intel8080Intel8080，Z80Z80，80488048等接口，其内部结构如图所示。其芯片内部有等接口，其内部结构如图所示。其芯片内部有R-2RR-2R的倒的倒T T型网络，用来对标准参考电流进行分流，型网络，用来对标准参考电流进行分流，完成完成D/AD/A转换，它的输出电流转换，它的输出电流I I0 0正比于输出的数字正比于输出的数字量。量。 DAC0832DAC0832芯片内部结构框图芯片内部结构框图四、预习要求四、预习要求1 1、认真阅读教