范文一：函数发生器的设计

目录

1. 函数发生器总方案及原理框图 . ................................................................................................. 1 1.1 函数发生器的总方案 . ....................................................................................................... 1

1.2 电路设计的原理框图 . ....................................................................................................... 2

2. 课程设计的目的和任务 . ............................................................................................................. 3 2.1 设计的目的 . ....................................................................................................................... 3 2.2 课程设计的任务与要求 . ................................................................................................... 3 2.3 课程设计的技术指标 . ....................................................................................................... 3

2.4 课程设计的时间安排 . ....................................................................................................... 4

3. 各部分电路设计 . ........................................................................................................................ 5 3.1 方波发生电路的工作原理 . ............................................................................................... 5 3.2 方波——三角波转换电路的工作原理 . ........................................................................... 6 3.3 三角波——正弦波转换电路的工作原理 . ....................................................................... 8 3.4 电路的参数选择及计算 . ................................................................................................... 9

3.5 总电路图 . ......................................................................................................................... 10

4. 电路的安装与调试 . ................................................................................................................... 12 4.1 方波 ---三角波发生电路的安装与调试 . ......................................................................... 12 4.2 三角波 ---正弦波转换电路的安装与调试 . ..................................................................... 12 4.3 总电路的安装与调试 . ..................................................................................................... 13

4.4 调试中遇到的问题及解决的方法 . ................................................................................. 13

5. 电路实验结果及分析 . ............................................................................................................... 14 5.1 方波实测结果 . ................................................................................................................. 14 5.2 三角波实测结果 . ............................................................................................................. 15 5.3 正弦波实测结果 . ............................................................................................................. 15

5.4 误差分析及改进方法 . ..................................................................................................... 16

6. 实习总结 . ................................................................................................................................... 17

7. 仪器仪表明细清单 . ................................................................................................................... 19

8. 参考文献 . ................................................................................................................................... 21

1. 函数发生器总方案及原理框图

1.1 函数发生器的总方案

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波 等电压波形的电路或仪器。根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生 器,使用的器件可以是分立器件 (如低频信号函数发生器 S101全部采用晶体 管 ) ,也可以采用集成电路 (如单片函数发生器模块 8038) 。为进一步掌握电路的 基本理论及实验调试技术,本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器 共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过 整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先 产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题 采用先产生方波—三角波,再将三角波变换成正弦波的电路设计方法,

本课题中函数发生器电路组成框图如下所示:

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分 器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放 大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流 放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦 波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

1.2 电路设计的原理框图

图 1 原理框图

2. 课程设计的目的和任务

2.1 设计的目的

1. 掌握电子系统的一般设计方法;

2. 掌握模拟 IC 器件的应用;

3. 培养综合应用所学知识来指导实践的能力;

4. 掌握常用元器件的识别和测试;

5. 熟悉常用仪表,了解电路调试的基本方法。

2.2 课程设计的任务与要求

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器

2.3 课程设计的技术指标

1.设计、组装、调试函数发生器;

2.输出波形:正弦波、方波、三角波;

3.频率范围 :在 10-10000Hz 范围内可调 ;

4.输出电压:方波 U P-P≤ 24V ,三角波 U P-P=8V ,正弦波 U P-P >1V;

2.4 课程设计的时间安排

3. 各部分电路设计

3.1 方波发生电路的工作原理

此电路由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成。 RC 回路即作为迟滞环 节,又作为反馈网络,通过 RC 冲、放电实现输出状态的自动转换。设某一时 刻输出电压 Uo=+Uz,则同相输入端电位 Up=+Ut,Uo通过 R3对电容 C 正向充 电,如图中箭头所示。反相输入端电位 n 随时间的增长而逐渐增高,当 t 趋于 无穷时, Un 趋于 +Uz;但是 Un=+Ut,再稍增大, Uo 从 +Uz跃变为 -Uz ,与此 同时 Up 从 +Ut跃变为 -U T 。随后, Uo 又通过 R3对电容反相充电,如图中虚线 箭头所示。 Un 随时间逐渐增长而减低,当 T 趋于无穷大时, U n 趋于 -Uz ;但 是,一旦 Un=-Uz再减小, U O 就从 -Uz 跃变为 +Uz, U O 从 -Ut 跃变为 +Ut,电容 又开是正向充电。上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。

同相滞回比较器的电压传输特性曲线

3.2 方波——三角波转换电路的工作原理

工作原理如下:

若 a 点断开,运算发大器 A1与 R1、 R2及 R3、 RP1组成电压比较器,

C1

为加速电容,可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压,即 U-=0,同相

输入端接输入电压 Uia , R1称为平衡电阻。比较器的输出 Uo1的高电平等于正

电源电压 +Vcc,低电平等于负电源电压 -Vee (|+Vcc|=|-Vee|) , 当比较器的

U+=U-=0时,比较器翻转,输出 Uo1从高电平跳到低电平 -Vee, 或者从低电平

Vee 跳到高电平 Vcc 。设 Uo1=+Vcc,则

312231231

() 0CC ia R RP R U V U R R RP R R RP ++=

++=++++

将上式整理,得比较器翻转的下门限单位 Uia-为

223131() CC CC ia R R U V V R RP R RP ---=+=++ 若 Uo1=-Vee,则比较器翻转的上门限电位 Uia+为

223131

() EE CC ia R R U V V R RP R RP +-=-=++ 比较器的门限宽度 2312

H CC ia ia R U U U I R RP +-=-=+ 由以上公式可得比较器的电压传输特性,如图 3-71所示。

a 点断开后,运放 A2与 R4、 RP2、 C2及 R5组成反相积分器,其输入信

号为方波 Uo1,则积分器的输出 Uo2为 214221() O O U U dt R RP C -=+?

1O C C U V =+时, 2422422

() () () CC CC O V V U t t R RP C R RP C -+-==++ 1O EE U V =-时, 2422422

() () () CC EE O V V U t t R RP C R RP C --==++ 可见积分器的输入为方波时,输出是一个上升速度与下降速度相等的三角

波,其波形关系下图所示。

a 点闭合,既比较器与积分器首尾相连,形成闭环电路,则自动产生方波 -三角波。三角波的幅度为 2231

O m CC R U V R RP =+

方波 -三角波的频率 f 为

312422

4() R RP f R R RP C +=+ 由以上两式可以得到以下结论:

电位器 RP2在调整方波 -三角波的输出频率时,不会影响输出波形的幅度。 若要求输出频率的范围较宽,可用 C2改变频率的范围, PR2实现频率微调。

方波的输出幅度应等于电源电压 +Vcc。三角波的输出幅度应不超过电源电 压 +Vcc。

电位器 RP1可实现幅度微调,但会影响方波 -三角波的频率。

3.3 三角波——正弦波转换电路的工作原理

三角波——正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。 差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别 是作为直流放大器,可以有效的抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变 换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。分析

表明,传输特性曲线的表达式为:022/1id T

C E U U aI I aI e ==

+ 011/1id T C E U U aI I aI e -==+ 式中 /1C E a I I =≈

0I ——差分放大器的恒定电流;

T U ——温度的电压当量,当室温为 25oc 时, UT ≈ 26mV 。

如果 Uid 为三角波,设表达式为

44434m id m U T t T U U T t T ???- ?????=?-???- ????? 022T t T t T ??≤≤ ?????≤≤ ???

式中 Um ——三角波的幅度

为使输出波形更接近正弦波,由图可见:

传输特性曲线越对称,线性区越窄越好;

三角波的幅度 Um 应正好使晶体管接近饱和区或截止区。

图为实现三角波——正弦波变换的电路。其中 Rp1调节三角波的幅度, Rp2调整电路的对称性,其并联电阻 RE2用来减小差分放大器的线性区。电容 C1,C2,C3为隔直电容, C4为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形。

3.4 电路的参数选择及计算

1. 方波 -三角波中电容 C1变化(关键性变化之一)

实物连线中,我们一开始很长时间出不来波形,后来将 C2从 10uf (理论 时可出来波形)换成 0.1uf 时,顺利得出波形。实际上,分析一下便知当 C2=10uf时,频率很低,不容易在实际电路中实现。

2.三角波 -正弦波部分

比较器 A1与积分器 A2的元件计算如下。

由式(3-61)得 2

231

O m CC R U V R RP =

+

即

2231

41

123O m CC U R R RP V ===+

取 210R K =Ω,则 3130R RP K +=Ω,取 320R K =Ω , RP1为 47K Ω的点位 器。区平衡电阻 1231//() 10R R R RP K =+≈Ω

由式 31

2422

4() R RP f R R RP C +=

+

即 31

4122

4R RP R RP R C ++=

+

当 110Z H f Z≤≤H时 , 取 210C F μ=, 则 42(75~7.5) R RP k +=Ω, 取

45. 1R k =Ω,为 100K Ω电位器。当 10100Z H f Z≤≤H时 ,取 21C F μ=以实现频 率波段的转换, R4及 RP2的取值不变。取平衡电阻 510R k =Ω。

三角波— >正弦波变换电路的参数选择原则是:隔直电容 C3、 C4、 C5要取 得较大,因为输出频率很低,取 345470C C C F μ===,滤波电容 6C 视输出的波 形而定,若含高次斜波成分较多, 6C 可取得较小, 6C 一般为几十皮法至 0.1微 法。 RE2=100欧与 RP 4=100欧姆相并联,以减小差分放大器的线性区。差分放大 器的几静态工作点可通过观测传输特性曲线,调整 RP 4及电阻 Re2确定。

3.5 总电路图

-12V

4. 电路的安装与调试

4.1 方波 ---三角波发生电路的安装与调试

1. 安装方波——三角波产生电路

1. 把 LM324集成块插入插槽,注意布局;

2. 分别把各电阻放入适当位置,尤其注意电位器的接法;

3. 按图接线,注意直流源的正负及接地端。

2. 调试方波——三角波产生电路

1. 接入电源后,用示波器进行双踪观察;

2. 调节 R6,使三角波的幅值满足指标要求;

3. 调节 R7,微调波形的频率;

4. 观察示波器,各指标达到要求后进行下一部安装。

4.2 三角波 ---正弦波转换电路的安装与调试

1. 安装三角波——正弦波变换电路

(1)在万用板上接入低通滤波电路;

(2)搭生成直流源电路,注意各电阻的阻值选取;

(3)接入各电容及电位器,注意电容型号的选取,尽量选电容值相等的电 容;

(4)按图接线,注意直流源的正负及接地端。

2. 调试三角波——正弦波变换电路

(1)接入直流源后,把 C2、 C3接地;

(2)在 R8端接入信号源,利用示波器观察,逐渐增大输入电压,当输出 波形刚好不失真时记入其最大不失真电压;

4.3 总电路的安装与调试

1. 把两部分的电路接好,进行整体测试、观察

2. 针对各阶段出现的问题,逐各排查校验,使其满足实验要求,即使正弦 波的峰峰值为 4V 。

4.4 调试中遇到的问题及解决的方法

方波 -三角波 -正弦波函数发生器电路是由三级单元电路组成的 , 在装调多级 电路时通常按照单元电路的先后顺序分级装调与级联。

1. 方波 -三角波发生器的装调

由于比较器 A 1与积分器 A 2组成正反馈闭环电路,同时输出方波与三角波, 这两个单元电路可以同时安装。需要注意的是,安装电位器 R P1与 R P2之前,要 先将其调整到设计值,否则电路可能会不起振。只要电路接线正确,上电后, 接 Uo1端时,示波器输出为方波;接 Uo2端时,输出为三角波。

刚开始连接,进行调试时,只能出现正弦波,后经老师指点,原来,电路 的接地线接错了位置,改正后,方波和三角波才调试出来。

2. 三角波 ---正弦波变换电路的装调

按照图电路,装调三角波—正弦波变换电路,电路的调试步骤如下: 将 Uo3端接上示波器,正弦波形出现失真现象,后经老师指导,是因为

210C F μ=时,频率较低,把它替换成 0.47纳伏,后经调试,波形变得标准 些,但不是很标准;后来,老师又让我们在 Re2上并联一个小电阻,调试后, 出现标准波形。

5. 电路实验结果及分析 5.1 方波实测结果

方波实测结果

5.2 三角波实测结果

三角波实测结果 。

5.3 正弦波实测结果

正弦波实测结果

5.4 误差分析及改进方法

1、自己的焊接技术不好,在工艺上无形的改变了某些参数,对电路造成了 许多的影响。

2、在由三角波到正弦波的转换电路中,在很长的一段时间的测出来的正弦 波都是很不规则的,这个问题是通过减小电容以及并联电阻解决的,实际上, 分析一下便知,当电容过大时,频率很低,不容易在实际电路中实现

6. 实习总结

为期一个星期的课程设计已经结束,在这一个星期的学习、设计、焊接过 程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对函数信号发生器 的设计,我掌握了常用元件的识别和测试;熟悉了常用的仪器仪表;进一步了 解了电路的连接、焊接方法;以及如何提高电路的性能等等。

通过对函数信号发生器的设计,我还深刻认识到了“理论联系实际”的这 句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计,我不但知道了以前不知道 的理论知识,而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本 上的知识,明白了学以致用的真谛。也明白老师要求我们做好这个课程设计的 原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题,提高我们的 动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中,我个人感觉调试部分是 最难的,因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数,我们必须通过 观察效果来改变参数的数值以期达到最好。

其次,这次课程设计从选题到设计电路再到参数设计以及连接电路到最后 调试电路的过程中体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦,体会到成功来 自于汗水,体会到成果的来之不易。在函数发生器的设计过程中,我们不能只 懂得电路板的焊接,关键是明白其工作原理以及出现问题后的对电路板的检查 及修改,如果只懂得焊接的话,将来也只能做一名蓝领工人而无法取得较高的 成就。

在实习过程中,我们遇到了不少的问题。例如在调试正弦波的过程中,示 波器上显示的波形总是不圆滑、不规则的,在老师的帮助下,我们通过换小一 点的电容以及减小电阻,即再并联一个电阻,最后把问题解决,当在示波器上 看到圆润的、非常完美的正弦波的那一刻,心情别提有多高兴啦,一种满足感 油然而生。此外,实习过程中也暴露出我们在理论学习中所存在的问题,有些 理论知识还处于懵懂状态,陆超老师不厌其烦地为我们调整波形,讲解知识 点,实在令我感动,在这里,我要特别感谢陆超老师的辛勤付出,他让我掌握 了更多的知识,明白了更多的道理。

还有就是在课题中,让我想起用电等方面安全问题,所以在以后的实习中 我们应该注意安全,特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时,一定要特别注 意,不让危险事故发生。

最后用一句话来结束吧:“实践出真知” 。

7. 仪器仪表明细清单

20

8. 参考文献

1、王港元 《电工电子实践指导》 (第二版) [M] 江西科学技术出版社, 2005.

2、谢自美 《电子线路设计、课题、测试》 (第二版) [M]华中理工大学出版 社, 2000

3、张友汉 《电子线路设计应用手册》 [M] 福建科学技术出版社, 2000.

4、陈兆仁 《电子技术基础课题研究与设计》 [M] 电子工业出版社, 2000.

5、毕满清 《电子技术课题与课程设计》 [M] 机械工业出版社, 2000

6、康华光《电子技术基础》 (数字部分) [M] 高等教育出版社, 2005

21

范文二：函数发生器的设计

三明学院

设计(论文)

课 题 名 称 函数发生器的设计 学 生 姓 名 陈细清

学 号 20070623220

系、年级专业 物理与机电工程 07电子信息工程技术（2）班 指 导 教 师 蔡少川

职 称 副教授

2009年 12 月 19 日

陈细清： 函数发生器的设计

目 录

摘 要 ………………………………………………………………………… 1 导 言 ……………………………………………………………………… 1 一. 设计任务和要求…………………………………………………………… 2 二 .方案论证与比较…………………………………………………………… 2

2.1?系统功能分析…………………………………………………………… 2

2.2?方案论证…………………………………………………………… 2 三. 基本原理…………………………………………………………………… 2 四. 设计过程…………………………………………………………………… 2 4.1 方波--=三角波产生电路的设计………………………………………… 2 4.2、 三角波----正弦波变换电路的设计…………………………………… 6 五. 调试要点…………………………………………………………………… 7 5.1.方波---三角波发生器的装调………………………………………… 7 5.2.三角波---正弦波变换电路的调试………………………………………… 8 5.3、误差分析及改善措施……………………………………………………… 9 六.

心得体会…………………………………………………………………… 9 七．参考文献…………………………………………………………………… 9

0

2010届07电子信息工程技术（2）班毕业设计

函数发生器的设计

陈细清

三明学院07级电子信息工程技术（2）福建三明 365004

信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。

常用超低频信号发生器的输出只有几种固定的波形，不能更改。本系统本课题将介绍由集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成的方波-----三角波----正弦波函数发生器的设计方法，了解多功能集成电路函数信号发生器的功能及特点， 进一步掌握波形参数的测试方法。制作这种低频的函数信

号发生器成本较低，适合学生学习电子技术测量使用。制作时只需要个别的外部元件就能产生从

1—10HZ，10—100HZ的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可

以由电流或电阻控制。其中比较器与积分电路和反馈网络（含有电容元器件）组成振荡器，其中比

较器产生的方波通过积分电路变换成了三角波，电容的充，放电时间决定了三角波的频率。最后利

用差分放大器传输特性曲线的非线性特点将三角波转换成正弦波。

： LM747、比较器、积分电路、反馈网络、晶体差分放大器、函数发生器 设计

Abstract

Signal generator is a common signal source, widely used in electronic circuits, automatic control

systems, and teaching experiments and other fields. Commonly used ultra-low frequency signal

generator's output is only a few fixed waveforms, can not be changed. The system will introduce this

topic by an integrated op-amp differential amplifier and crystal composed of square wave triangle wave

---- ----- sine wave function generator design approach to understand the multi-function signal

generator IC functions and characteristics, further understand the waveform parameter method. The

production of such low-frequency signal generator function of lower cost, suitable for students to learn

the use of electronic technology measurement. When making a separate external components only

need to be able to generate from the 1-10HZ ,10-100HZ, low-distortion sine wave, triangle wave,

square wave pulse signal, etc.. Output waveform of the frequency and duty cycle can also be

controlled by a current or resistance. The more devices and integral circuits and feedback network

(with capacitance components) composed of oscillator, which produces a square wave comparator

circuit through the integral transforms into triangular wave, capacitive charge and discharge time

determines the triangle wave frequency. Finally the differential amplifier transfer characteristic curve of

non-linear characteristics of the triangular wave into sine wave.

Keywords: LM747, comparator, integral circuit, feedback network, crystal differential amplifier,

function generator design

导 言

在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要

用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号

波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和

频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。

函数发生器一般指能自动发生正弦波，三角波，方波和锯齿波，阶梯波等信号电压波形的电路或

仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以

是集成电路。为进一步掌握电路的基本理论和实验调试技术，本课题将介绍由集成运算放大器与晶

体差分放大器共同组成的方波-----三角波----正弦波函数发生器的设计方法。

1

陈细清： 函数发生器的设计

一

任务：设计一个方波----三角波---正弦波函数发生器

要求： （1）频率范围：1—10HZ，10—100HZ

（2）输出电压：方波；三角波；正弦波

（3）波形特性：方波；三角波非线性失真系数Y1；正弦波非线性失真系数Y2

二、方案论证与比较

2.1?系统功能分析

本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计

的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案：

2.2?方案论证

方案一?采用传统的直接频率合成器。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方

法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结

构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

方案二?采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，

并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较

长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。

方案三：采用集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成的方波-----三角波----正弦波函数发生器的设计方法，制作一种函数信号发生器。

经多种方案的比较论证，由于本实验任务：设计一个方波----三角波---正弦波函数发生器频率范围：1—10HZ，10—100HZ ；输出电压：方波；三角波；正弦波；波形特性：方波，三角波非线性

失真系数Y1，正弦波非线性失真系数Y2。所以采用第三种方案——制作成本较低且能满足本实验的

基本要求，产生低频的方波；三角波；正弦波的信号。 三、基本原理

产生正弦波，三角波，方波的电路方案有多种，这里介绍一种能够产生方波—三角波，再将三

角波变换成正弦波的电路设计方法，其电路框图如图1所示。

图1 函数发生器组成框图

图中的比较器与积分电路和反馈网络（含有电容元器件）组成振荡器，其中比较器产生的

方波通过积分电路变换成了三角波，电容的充，放电时间决定了三角波的频率。最后利用差分

放大器传输特性曲线的非线性特点将三角波转换成正弦波。

四

4.1、方波--=三角波产生电路的设计

如图2所示电路能自动产生方波---三角波信号。

2

2010届07电子信息工程技术（2）班毕业设计

图2 方波—三角波产生电路

其中运算放大器IC与R，R及R,RP组成一个迟滞比较器，C为翻转加速器。迟滞比较器的112311U（被比信号）取自积分器的输出，通过R接运放的同相输入端，R称为平衡电组；迟滞比较器的i11U（参考信号）接地，通过R运放的反相输入端。迟滞比较器输出U的高电平等于正电源电压+V，R201CC

低电平等于负电源电压-V(V-V)当U ?U时，U输出从高电平+V翻转到低电平-V；当U ?UEEEE=EE+-01CCEE+-

时，输出U从低电平-V跳到高电平+V。 01EECC

若U=+V，根据电路叠加原理可得 01CC

将上式整理，因为U=0，则比较器翻转的下门限电位U为 RTH2

若U=-V，根据电路叠加原理可得 01EE

将上整理，得比较器翻转的上门限电位U为 TH1

比较器的门限宽度?U 为 TH

由上式可得迟滞比较器的电压传输特性如图3所示

3

陈细清： 函数发生器的设计

图3 比较器传输特性

运放IC与R，RP和C及R组成的反相积分器。其输入是前级输出的方波信号U，从而得积2412501分器的输出U为 01

当U=+V时，电容C充电，电容的电压U上升 01CC202

即U下降。当U（即U）下降到U= U时，比较器IC的输出U状态发生翻转，即U由高0202i02TH210101

电平+V变为低电平-V ，于是电容C放电，电容电压U下降，而 CCEE2c2

即U线性上升。当U（即U）上升到U= U时，比较器IC输出U状态又发生翻转 0202i02TH1101

即U由低电平-V变为高电平+V，电容C又被充电，周而复始，振荡不停。 01EECC2

U输出是方波，U输出是一个上升速度与降速率相等的三角波，其波形关系如图4所示 0102

图4 三角波与方波的关系

由上图可知，三角波的幅值U为 02m

U的下降时间为 02

4

2010届07电子信息工程技术（2）班毕业设计

而

U的上升时间为 02

而

把U和U值代入，得三角波的周期（方波的周期和其相同）为 TH1TH2

从而可知方波----三角波的频率为

由f和U的表达式可以得出结论： 02m

?.使用电位器RP调整方波----三角波的输出频率时,不会影响输出频率和幅度.若要求输出2

信号频率范围较宽,可用C改变频率范围,用RP实现频率微调. 22

?.方波的输出幅度应等于电源电压V,三角波的输出幅度不超过电源电压V.电位器RP可实CCCC1

现幅度微调,但会影响方波的频率.

实现设计中, IC和IC可选择双运算器集成电路LM747(也可以选其他合适的运放),采用双电12

源供电, +V=12V,- V=-12V。 CCEE

比较器与积分器的元器件参数计算如下:

由式

得

取R=10K,则R+ R=30K,选择R=20K, R为27K的电位器. 23RP13RP1取平衡电阻由式

得

当1HZ?f?10HZ时,取C=10uF,则R+,选择R=4.7K,为100K的电位器.244

5

陈细清： 函数发生器的设计

当10HZ?f?10HZ时,取C=1uF以实现频率波的转换(实现电路当中需用波段开关进行转换), R和24

的取值不变.平衡电阻R. =10K 5

C为加速电容,选择电容值为100pF的瓷片电容. 1

4.2、 三角波----正弦波变换电路的设计

工作原理在本设计方案中，三角波-正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大

器工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强，可以有效地抑制零点漂移。利用差分放大器可将低频

率的三角波变换成正弦波。波形变换利用的是差分放大器传输特性曲线的非线性。根据理论分析差

分电路的差模输入U为三角波，则I与的波形近似为正弦波。因此单端输出电压U也近似于正弦波，从而实现了三角波-正弦波的变换。.这里选择的差分放大器电路形式如图所示.波形变换利用的是差分放大器的传输特性曲线的非线性.分析表明,传输特性曲线表达式为

式中α=I/I?1;为差分放大器的恒定电流;U为温度的电压当量,当室温为25?时U?26Mv。 CETT

根据理论分析,如果差分电路的差模输入U为三角波,则IC和IC的波形近似为正弦波.因此,单端id12

输出电压U也近似于正弦波,从而实现三角波的变换.由图可知,差动放大器电路的传输特性曲线的o3*线性区域窄,其输出波形近于正弦波.在图5所示的电路中,电阻R1与电位器用于调节输入三角波的幅度,用于调节电路的对称性, R可以减小差动放大器的传输特性的线性区.电容C ,C ，E134

C,为隔直电容, C为滤波电容,以滤除谐波分量,改善输出波形. 5 6

图5 三角波—正弦波转换电路

差分放大电路采用单端输入---单端输出的电路形式，4只晶体管选用集成电路差分对管BG319或双三极管S3DG6等。电路中晶体管β=β=β=60。电源电压同上，取+V=12V,- V=-12V。 1 23CCEE

三角波---正弦波变换电路的参数如下：

*三角波经电容C1和分压电路R给差分电路输入差模电压U。一般情况下，差模电压U〈 26mV，3idid*因三角波幅值为8V，故取R1=47K、R=470。因三角波频率不太高，所以隔直电容C ,C ，C要取P3345

得大一些，这里取C =C =C=470Uf.滤波电容C视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C可34566

取得较小，一般为几十皮法至几百皮法。R=100与R=100相并联，以减小差分放大器的线性区。E1P4

差分放大电路的静态工作点主要由恒流电源I决定，故一般先设定I。I取值不能太大，I越小，0000

恒流源越恒定，温漂越小，放大器的输入阻抗越高。但I也不能太小，一般为几毫安左右。这里取0

差动放大的恒流源电流I，则Ic1=Ic2=0.5Ma,从而可求得晶体管的输入电阻 0=1mA

r

为保证差分放大电路有足够大的输入电阻ri，取ri>20k，根据ri=2(rbe+RB1）得RB1>6.6k，故取RB1 =RB2=6.8k。因为要求输出的正弦波峰值大于1V，所以应使差动放大电路的电压放大倍数

6

2010届07电子信息工程技术（2）班毕业设计 Au?40。根据Au的表达式

可求得电阻（RL’） 进而选取 RC1=RC2=15K。

对于恒流源电路，其静态工作点和元器件参数计算如下：

发射极电阻一般取几千欧姆，这里选择RE3=RE4=2K，所以=9.3K。在实际当中可用一个10K的电位器和一个4.7K的电阻来代替。

函数发生器电路图如图6所示

Uo2

+12

C6RC1C1100UF15KR3RC2+12C515K+1220KRP1U0327KR5470UFVT210KU1BVT1RB1RB2U1AC3BG3196R210K1026.8K1006.8KR4RE171210KR1470UFBG31914.7KRP2RP4100LM747C48100KR6470UFLM74747K14593-124C213RP5-12VT310KR7VT4Uo1RP34.7K10UFBG319

BG319470

RE32KRE42K

-12

图6 函数发生器电路图 五、

图7为函数发生器的PCB图。制作印刷电路板 ：首先，按图制作印刷电路板，注意不能有断线

和短接，然后，对照原理图和印刷电路板的元件而进行元件的焊接。可根据自己的习惯并遵循合理

的原则，将面板上的元器件安排好，尽量使连接线长度减少，变压器远离输出端。再通电源进行调

试，调整分立元件振荡电路放大元件的工作点，使之处于放大状态，并满足振幅起振条件。仔细检

查反馈条件，使之满足正反馈条件，从而满足相位起振条件。制作完成后，应对整机进行调试。先

测量电源支流电压，确保无误后，插上集成快，装好连接线。可以用示波器观察波形发出的相应变

化，幅度的大小和频率可以通过示波器读出

5.1.方波---三角波发生器的装调

7

陈细清： 函数发生器的设计

由于比较器IC1和积分器IC2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，所以这两个单元可以

同时安装。安装完毕后，只要接线正确，就可以通电观测与调试。通电后，用示波器观察U01与U02如果电路没有产生相应的波形，说明电路没有起振。可以调节RP1与RP2的大小使电路起振。电路起振后用示波器测试波形的幅值，会发现方波的幅值很容易达到设计要求；微调RP1，使三角波的幅度也能满足要求。调节RP2观察波形输出频率在对应波段内连续可变的情况。

图7

函数发生器的PCB图

5.2.三角波---正弦波变换电路的调试

A．经电容C4输入差模信号电压Uid=30mv的正弦波。用示波器观察差分电路电极输出电压的波

形，调节RP4和电阻R2*，使传输特性曲线对称。再渐渐增大Uid，直到传输特性曲线形状如图所示，

记下此时对应的Uid。移去信号源，再将C4左端接地，测量差分放大器的静态工作点

I0,UC1,UC2,UC3,UC4。

B．将RP3与C4连接，调节RP3使三角波的输出波开经RP3后电压等于Uid值，这时U03的输出波形接近正弦波，调整C6大小可改善输出波形。如果U03的波形出现较严重的失真，刚应调整和

修改电路参数，如果产生钟形失真，是由于传输特性曲线的线性区太宽所致，应减小RE1；如果产生半波圆顶或平顶失真，是由于工作点Q偏上或偏下所致，这时传输特性曲线对称较差，应调整电

阻R2*；如果产生非线性失真，是因为三角波的线性受运放性能的影响而变差，可在输出端加滤波

网络改善输出波形。

5.3、误差分析及改善措施

（1）.正弦波失真。调节R100K电位器RW4，可以将正弦波的失真减小到1%，若要求获得接近0.5%失真度的正弦波时，在6脚和11脚之间接两个100K电位器就可以了。

8

2010届07电子信息工程技术（2）班毕业设计 （2）.输出方波不对称，改变RW3阻值来调节频率与占空比，可获得占空比为50%的方波，电位器RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节RW3可使波形对称。 （3）.没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了

（4）.产生波形失真，有可能是电容管脚太长引起信号干扰，把管脚剪短就可以解决此问题。也有

可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。 5.4、调试结果分析

按电路图组装电路；调整电路，使其处于振荡，产生方波，用示波器观测正弦波输出端的波形；

测量输出正弦波的频率；改变可调电位器的值，观测三种输出波形；输出正弦波不失真频率。

六、心得体会

通过对函数信号发生器的设计，使我们对函数发生器的工作原理有了本质的理解，掌握了LM747

的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用集成运算放大器与晶体差分放大器共同组成

的方波-----三角波----正弦波函数发生器的设计方法，制作一种函数信号发生器，具有线路简单，

调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，系统输出频率范围虽然

较窄但经济实用。也使我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此

课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在

实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设

计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整

个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际

当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试

是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们

加以提高的一个重要方面吧！

七、参考文献

【1】《电子线路课程设计》北京：电子工业出版社

【2】 《电子设计应用》2009年第5期 国家一级科技期刊 【3】《电子产品世界》2009.9（第16卷） 国家一级科技期刊，中国期刊方阵双效期刊，中国科技

核心期刊

【4】《Protel99SE 电路设计与制版》 北京：人民邮电出版社 【5】《电子器件》2009年 第32卷 第3期 中国科技核心期刊 【6】《电子制作》2009第5期 北京鑫嘉智科技中心

9

范文三：函数发生器的设计

电 子 实 习 报 告

题 目:函数发生器的设计

课 程:

系 别:

班 级:

学 号:

姓 名 :

成 绩 :

指导教师 :

完成日期:学期

摘要

科技及工业应用要求提供的信号越来越精密, 简介推动了函数信号发生器的 发展和推广,成为工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具,它作为一 种精密的测试仪器, 在电子行业得到了广泛的应用。 根据函数信号发生器原理分 析,我们知道最常用的就是我们经常会用到锯齿波信号产生器作为时基电路。 函数信号发生器是一种能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含 方波) 、正弦波的电路称为函数信号发生器。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。 现在我们通过对函数发生器的原理以及构成设计一 个能变换出三角波、正弦波、方波的简易发生器。我们通过电路的分析,参数的 确定选择出一种最适合的方案。 最后分析出现误差的原因以及影响因素。 函数信 号发生器是可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、 增 益、 通频带, 也可用作高频信号发生器的外调制信号源。 顾名思义肯定可以产生 函数信号源,如一定频率的正弦波,有的可以电压输出也有的可以功率输出。

关键词:函数信号发生器、参数计算、调试、误差分析

summary

Science and technology and industrial application of signal is required to provide more precise, Introduction to promote the development and promotion of the function signal generator , Become the essential areas of industrial production, product development, scientific research and other tools , It is a kind of precision testing instruments, has been widely used in electronic industry。 According to the analysis of the principle of function signal generator, We know that is the most commonly used we often use sawtooth wave signal generator as the time base circuit。

The function signal generator is able to produce a variety of waveforms, Such as the triangle wave, sawtooth wave, square wave (with Fang Bo), sine wave circuit is called the function signal generator。 The function signal generator is widely used in circuit experiment and test equipment in。 Now we are on the principle and function generator , The design of a simple generator can transform the triangular wave, sine wave, Fang Bo。 We through the circuit analysis, To determine the parameters of the choice of a suitable scheme 。 The final analysis of the causes of error factor 。 The function signal generator can be used for low frequency amplifier testing or maintenance of various electronic devices of frequency, gain, bandwidth,External modulation signal source can also be used as a high frequency signal generator.Just as its name implies, can certainly produce function signal source,As a sine wave, some others can power output voltage output.

Keywords: function signal generator, parameter calculation, debugging, error analysis.

目录

摘要 ................................................................ 2

一 . 函数发生器的总方案及原理框图

1.1 电路设计原理框图

1.2 电路设计方案设计

二 . 设计的目的及任务

2.1 课程设计的目的

2.2 课程设计的任务与要求

2.3 课程设计的技术指标

2.4 实习安排

三 . 各部分电路设计

3.1 方波发生电路的工作原理

3.2 方波 ---三角波转换电路的工作原理

3.3 三角波 ---正弦波转换电路的工作原理

3.4电路的参数选择及计算

3.5 总电路图

四 . 电路的安装与调试

4.1 方波 ---三角波发生电路的安装与调试

4.2 三角波 ---正弦波转换电路的安装与调试

4.3 总电路的安装与调试

4.4 电路安装与调试中遇到的问题及分析解决方法

五 . 电路的实验结果

5.1 方波 ---三角波发生电路的实验结果

5.2 三角波 ---正弦波转换电路的实验结果

5.3 实测电路波形、误差分析及改进方法

六 . 实验总结

七 . 仪器仪表明细清单

八 . 参考文献

第一章 函数发生器的总方案及原理框图

1.1电路设计原理框图

1.2电路设计方案设计

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、 三角波、 方波及锯齿波、 阶梯波等电压波形的 电路或仪器。 根据用途不同, 有产生三种或多种波形的函数发生器, 使用的器件可以是分立 器件 (如低频信号函数发生器 S101全部采用晶体管 ) ,也可以采用集成电路 (如单片函数发 生器模块 8038) 。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术,本课题采用由集成运算放 大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波—正弦波函数发生器的设计方法。 产生正弦波、方波、 三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正 弦波变换成方波, 再由积分电路将方波变成三角波; 也可以首先产生三角波—方波, 再将三 角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。 本课题采用先产生方波—三角波, 再将三角波变 换成正弦波的电路设计方法,

本课题中函数发生器电路组成框图如下所示:

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角 波, 三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。 差分放大器具有工作点稳定, 输 入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移, 因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。 波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线 的非线性。

第二章 课程设计的目的及任务

2.1设计的目的

1.掌握电子系统的一般设计方法; 2.掌握模拟 IC 器件的应用; 3.培养综合应用所学知识 来指导实践的能力; 4.掌握常用元器件的识别和测试; 5.熟悉常用仪表,了解电路调试 的基本方法

2.2 设计的任务

设计方波——三角波——正弦波函数信号发生器

2.3 设计的要求及技术指标

1. 设计、组装、调试函数发生器; 2.输出波形:正弦波、方波、三角波; 3.频率范围 :在 10-10000Hz 范围内可调 ; 4.输出电压:方波 U P-P≤ 24V ,三角波 U P-P=8V , 正弦波 U P-P >1V;

2.4 课程实习的安排

第三章 各部分电路设计

3.1方波发生电路的工作原理

此电路由反相输入的滞回比较器和 RC 电路组成。 RC 回路既作为延迟环 节,又作为反馈网络,通过 RC 充、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻 输出电压 Uo=+Uz,则同相输入端电位 Up=+UT。 Uo 通过 R3对电容 C 正向充电,如 图中实线箭头所示。 反相输入端电位 n 随时间 t 的增长而逐渐增高, 当 t 趋于无 穷时, Un 趋于 +Uz;但是,一旦 Un=+Ut,再稍增大, Uo 从 +Uz跃变为 -Uz, 与此同 时 Up 从 +Ut跃变为 -Ut 。随后, Uo 又通过 R3对电容 C 反向充电,如图中虚线箭 头所示。 Un 随时间逐渐增长而减低,当 t 趋于无穷大时, Un 趋于 -Uz ;但是,一 旦 Un=-Ut,再减小, Uo 就从 -Uz 跃变为 +Uz, Up 从 -Ut 跃变为 +Ut,电容又开始正 相充电。上述过程周而复始,电路产生了自激振荡。

3.2方波 ---三角波转换电路的工作原理

方波 -三角波产生电路

工作原理:

若 a 点断开,运算发大器 A1与 R1、 R2及 R3、 RP1组成电压比较器, C1为加 速电容,可加速比较器的翻转。运放的反相端接基准电压,即 U-=0,同相输入 端接输入电压 Uia , R1称为平衡电阻。比较器的输出 Uo1的高电平等于正电源电 压 +Vcc,低电平等于负电源电压 -Vee (|+Vcc|=|-Vee|) , 当比较器的 U+=U-=0时,比较器翻转,输出 Uo1从高电平跳到低电平 -Vee, 或者从低电平 Vee 跳到高

电平 Vcc 。设 Uo1=+Vcc,则

将上式整理,得比较器翻转的下门限单位 Uia-为

将上式整理,得比较器翻转的下门限单位 Uia-为

比较器的门限宽度

由以上公式可得比较器的电压传输特性, a 点断开后,运放 A2与 R4、 RP2、 C2及 R5组成反相积分器,其输入信号为方波 Uo1,则积分器的输出 Uo2为

范文四：函数发生器的设计

一、由运算放大器电路及分立元件设计方波一三角波一正弦波函数发生器。

频率调节部分设计时，可先按三个频段给定三个电容值：1000PF、0.01微F、0.1微法，然后再计算R的大

小。手控与压控部分线路要求更换方便。为满足对方波前后沿时间的要求，以及正弦波最高工作频率（

10kHz)的 要求，在积分器、比较器、正弦波转换器和输出级中应选用SR值较大的运放（如LF353)。为保证正

弦波有较小的失真度，应正确计算二极管网络的电阻参数，并注意调节三角波的幅度和对称度，输入波形中

不能含有直流成分。

二、单片集成函数发生器5G8038

f=3.3/RC4

函数发生器最高工作频率为2kHz，定时电容C4可由上式求得。

电路中RP3是用来调整高频端波形的对称性，而RP2是用来调整低频端波形的对称性．调整RP3和

RF2可以改善正弦波的失真。稳压管vDz是为了避免8脚上的负压过大而使5G8038工作失常设置的。

三、电路的调试与安装

范文五：函数发生器的设计

四川信息职业技术学院

毕业设计说明书(论文)

设计(论文)题目:函数发生器的设计

专 业: 通 信 技 术 班 级: 通技06-2班 学 号: 0620051 姓 名: 易 秀 指导教师: 刘雪亭 谭望春

年 月 日

四川信息职业技术学院毕业设计任务书 学生 易秀 学号 0620051 班级 通技06-2 专业 通信技术 姓名

设计题目 函数发生器的设计

指导教师姓名 职称 工作单位及所从事专业 联系方式 备注

讲师/工刘雪亭 四川信息职业技术学院 13908128615 程师

高级工谭望春 四川九洲电子科技股份有限公司 13508101878 程师

设计内容:

设计一个能产生多种函数波形的信号发生器，要求该系统具有如下特点和功能: [1] 能产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波，且波形频率和占空比可调; [2] 频率范围:100Hz,1MHz，连续可调;

[3] 矩形波占空比:30%,60%，连续可调;

[4] 输出电压:U?1V。 P-P

进度安排:

2008.9,2008.10:完成资料的收集;

2008.10,2008.11:完成设计的逻辑组织结构;

2008.11,2008.12:编写设计与答辩。

主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位): [1] 芯片实验室.http://www.mculab.com

[2] 李金奎.单片机应用.北京:高等教育出版社，2006

[3] 苏平.单片机原理与接口技术.北京:电子工业出版社，2003 [4] 李维祥，孙秀强，孙桂玲等.MCS-51单片机原理与应用.天津:天津大学出版社，2001

[5] 张红润，易涛.单片机应用技术教程.北京:清华大学出版社，2003 [6] 唐程山.数字电子技术.北京:人民邮电出版社，2005 [7] 叶淬编.电工电子技术.北京:化学工业出版社，2004 [8] 郑应光.模拟电子技术.江苏:东南大学出版社，2005

审

批

意

见

教研室负责人:

年 月 日 备注:任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。

四川信息职业技术学院毕业设计说明书

目 录

摘 要 ...............................................................1 第1章 绪 论 .......................................................2

1.1 函数发生器的发展 .............................................2

1.2 函数发生器设计的背景 .........................................2

1.3 函数发生器实现的特色功能 .....................................2 第2章 系统设计 .....................................................4

2.1 方案论证 .....................................................4

2.2 方案选择 .....................................................5 第3章 单元电路设计 .................................................6

3.1 单片机主控模块 ...............................................6

3.2 I/O扩展模块 .................................................6

3.3 D/A转换模块 .................................................7

3.3.1 D/A选择 ................................................7

3.3.2 D/A输入设计 ............................................8

3.4 波形产生模块 .................................................9

3.5 增益放大模块 ................................................11

3.6 人机接口 ....................................................11

3.6.1 键盘模块 ..............................................11

3.6.2 显示模块 ..............................................12

3.7 频率计算模块 ................................................12

3.8 电源模块 ....................................................13

3.9 总体电路 ....................................................13 第4章 软件设计 ....................................................16

4.1 流程图及设计 ................................................16

4.2 软件系统的使用说明 ..........................................20 第5章 调试 ........................................................22

I

四川信息职业技术学院毕业设计说明书

结 论 ..............................................................24 致 谢 ..............................................................25 参考文献 ............................................................26 附录1 单片机端口分配表 .............................................27 附录2 程序代码 .....................................................28 附录3 总电路原理图 .................................................35

II

四川信息职业技术学院毕业设计说明书

摘 要

函数信号发生器作为一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学研究等领域。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，因此是电子测试系统的重要部件，是决定电子测试系统性能的关键设备。它与示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的，也是得到最广泛应用的电子仪器之一。本文设计了一款基于AT89C51单片机、MAX038芯片实现的函数发生器，可以产生频率、幅度可调的正弦波、方波、三角波、三种周期性信号，输出波形失真小于0.75%，频率可调范围为,，矩形波占空比1MHz100Hz

可调范围为30%~60%。该函数发生器具有成本低廉、结构简单、人机界面友好等特点，在教学方面具有较高实用价值。

关键词 单片机;函数发生器;频率;幅度;占空比

第1页 共35页

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第1章 绪 论

1.1 函数发生器的发展

波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为正弦、方波、三角等波形。单片机构成的仪器具有高可靠性、高性能价格比，在智能仪表系统和办公自动化等诸多领域得以极为广泛的应用，并走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响汽车，处处可见其应用。因此，使用单片机技术开发的函数发生器性能更加优良，随着单片机的普遍应用，与单片机结合开发的函数发生器也将得到广泛应用。

1.2 函数发生器设计的背景

函数发生器能提供正弦波、方波、三角波等多种波形，有的还同时具有调制和扫描能力，在我们的大学电子实验室、科研机构研究实验室、工厂开发实验室等有着广泛的应用，特别是在基础教育方面应用更加广泛。

信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，信号源在电子实验和测试处理中，提供信号驱动电路正常工作。一般来说任意波形发生器，是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源波形生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。但为了增强任意波形生成能力，它往往依赖计算机通讯输出波形数据。在函数发生器的发展中功能越来越多，结构上也越来越复杂，体积也越来小。但是在整体设计的造价上花费越大，对于使用者来说操作过于复杂。

综合上述，我设计了一款面向教学使用的函数发生器。该函数发生器体积小、重量轻、操作简单。对于购买者，在价格上更有着比其它同性能的函数发生器更低的价格。

1.3 函数发生器实现的特色功能

为了克服函数发生器在教学使用中输出波形易失真、精度低、价格昂贵及不易携带等缺点，设计一款能产生多种函数波形的函数发生器，要求该系统具有如下特色功能:

第2页 共35页

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1(能产生正弦波、方波、三角波，且波形频率和占空比可调;

2(频率范围:,，连续可调; 1MHz100Hz

3(矩形波占空比:30%,60%，连续可调;

U4(输出电压:?。 1VP,P

本文设计函数发生器是由软件和硬件相组合，产生在教学使用中常见的三种波形信号，即正弦波、方波、三角波三种信号。信号输出的频率、占空比范围宽，输出信号幅度可调，并且输出频率可以显示，体积小，价格低廉，克服函数发生器在教学使用中的缺点。

第3页 共35页

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第2章 系统设计

2.1 方案论证

根据题目的要求，本信号发生器可分解为以下几个部分，结构框图如图2-1所示。

按键

MCU控制单元 显示

I/O扩展

周期计算

D/A转换

波形产生

信号放大

图2-1 函数发生器组成结构

一般有如下几种实现方案:

方案一:采用直接数字频率合成(DDS)芯片实现:DDS是较为先进的一种频率合成技术，基于DDS技术的波形发生器具有输出频率稳定、准确，波形质量好和输出频率范围宽等一系列独特的优点。此种方案是向DDS芯片写控制字，通过改变相位累加字来实现，常见的DDS芯片，如AD9954等，只有正弦波输出，要产生三种波形，需外接波形变换电路。

方案二:采用单片机结合MAX038芯片完成设计。MAX038是一个精密高频波形产生器，它能产生高频正弦波、三角波、方波，输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在A0和A1输入端设置适当的代码来选择;单片机通过D/A芯片输出模拟信号，此模拟信号控制MAX038输出波形。在最后的波形输出端通过运放放大输出波形信号;单片机主

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要控制D/A芯片连接、显示，最终采用LED数码管显示频率。 2.2 方案选择

第一种方案采用晶体振荡器作为时钟，因此，频率稳定度很好，但均需外接波形变换电路，通常采用二极管电阻网络来实现正弦波到三角波变换，且还须外接多个VCO，所以电路较复杂;第二种方案采用单片机结合MAX038芯片设计函数发生器。单片机性能优良，价格低廉，应用普遍。MAX038芯片是MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，它能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过电流、电压或电阻来调整，并且占空比与频率的调节互不干扰。在硬件的使用上充分利用单片机最小应用系统，而且还有可扩展的部分。从总的设计上来说该设计方案造价低廉，性能优良。综合上述，第二种方案设计合理，价格低廉，所以采用第二种方案设计。原理结构框图如下:

按键

AT89C51单片机 显示

I/O扩展 74LS74 D/A转换 MAX038

信号放大

图2-2 函数发生器原理结构

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第3章 单元电路设计

3.1 单片机主控模块

系统采用AT89C51单片机作为控制核心。AT89C51单片机与MCS-51系列单片机产品兼容，采用了Flash存储器结构，可以在线下载程序，易于日后的升级。它主要负责各个模块的初始化工作;可以设置定时器、寄存器的初值;处理按键响应;LED数码管显示等。

硬件电路连接如图3-1所示。本设计采用人工复位，时钟频率为晶振。12MHzP1.0，P1.1，P1.2，P1.3，P1.4为按键模块的接口。

C1A130PFA2U3U1A319832E1A4XTAL1P0.0/AD0D0Q0U3945E2A5P0.1/AD1D1Q11076A6P0.2/AD2D2Q212MHz181189A7XTAL2P0.3/AD3D3Q312C21312A8P0.4/AD4D4Q413141530PFP0.5/AD5D5Q5141716P0.6/AD6D6Q6E39151819RSTP0.7/AD7D7Q7E1E2161P2.0/A8OE1711P2.1/A9LEE318P2.2/A102919PSENP2.3/A11C374LS373F1302022uFALEP2.4/A12++5V3121EAP2.5/A1322P2.6/A1423P2.7/A15R21245.1KR3S5P1.0P3.0/RXD1K225P1.1P3.1/TXDSW-PB326P1.2P3.2/INT0427P1.3P3.3/INT1R1200528P1.4P3.4/T0F7629P1.5P3.5/T1730P1.6P3.6/WR831P1.7P3.7/RD

AT89C51

图3-1 单片机主控模块

3.2 I/O扩展模块

该模块主要完成单片机的输入输出口的扩展，并以此模块驱动显示。

1(AT89C51单片机的P1.6和P1.7端口分别接在8255芯片的A0、A1端口。A0、A1起控制作用，主要控制8255的A口、B口、C口、控制接口的选择。8255芯片的A口作为D/A芯片输入，B口C口作为显示控制端口。

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2(8255的A口、B口、C口、控制接口的地址分别为0000H、0001H、0002H、0003H，设无关位取0。A、B、C口均设为输出口，选用方式0工作。74LS373是一个锁存器，在电路中起到地址锁存作用。I/O扩展电路见图3-2所示。

图3-2 I/O扩展电路

3.3 D/A转换模块

数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟量的器件。该模块功能主要完成电流输出，改变输出步进信号频率。

3.3.1 D/A选择

DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容，这个系列的芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。这类D/A转换器由8位输入锁存器，8位DAC寄存器，8位DA转换电路及转换控制电路构成。

DAC0832的应用特性:

1(DAC0832是微处理器兼容型D/A转换器，可以充分利用微处理器的控制能力实现对D/A转换的控制;

2(DAC0832内部无参考电压源，须外接参考电压源;

3(DAC0832为电流输入型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需要外加转换电路。DAC0832的引脚图见图3-3所示。

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1 CS VCC 20 2 WR1 ILE 19

3 GND WR2 18

4 DI3 XFER 17

5 DI2 DI4 16 6 DI1 DI5 15

7 DI0 DI6 14

8 VREF DI7 13

9 RFB IOUT2 12 IOUT1 10 GND 11

D/A转

DAC0832 换

图3-3 DAC0832引脚 3.3.2 D/A输入设计

AT89C51的P2口作为DAC0832的片选信号，采用单缓冲器方式，锁存8位

数据，DAC0832的工作电压为，基准电压采用。对于8位A/D转换器，，5V,10V当输入电压满刻度为时，其输出数字量的变化范围为0,255，转换电路对输9.5V

9.5V入模拟电压的分辨能力为。设计当中DAC0832输出电压范围,37.25mV255

,9.5，基准电压为。 1VVUREF,10V

U，NREFB (3-1) U,,O256

N—DAC0832输入量的大小。由公式(3-1)计算DAC0832输出电压的大小。B

设计输出电压为1,9.5，每一次步进0.5。DAC0832输入量见表3-1所示。VVV

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表3-1 DAC0832输入量

电压() 1 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 V

电流() ,,20 30 40 50 60 70 80

输入量 25.6 38.4 51.2 64.0 76.8 89.6 102.4

电压() 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 V

电流() ,,90 100 110 120 130 140 150

输入量 115.2 128.0 140.8 153.6 166.4 179.2 192.0

电压() 8.0 8.5 9.0 9.5 -- -- -- V

电流() ,,160 170 180 190 -- -- --

输入量 204.8 217.6 230.4 243.2 -- -- --

由上表可以得出输出的步进量值为12.8。

通过单片机对DAC0832的输入量步进加减12.8，使获得相应的输出电压。 3.4 波形产生模块

本模块功能主要输出信号波形及实现频段选择控制。本设计采用的是MAXIM公司生产的MAX038芯片，它是一种高频精密的函数发生器，可产生三角波、正弦波、方波，且频率及占空比可调。MAX038芯片内部包含有精密带隙电压参考、鉴相器和同步输出，能以最少的外部元件构成一台多波形的高频函数发生器。MAX038的核心

C部分是一个电流控制的基本振荡器。由恒定电流对外部电容充电和放电，来获得F

VV三角波和方波信号输出。其控制电流由外部信号、和IIN管脚的输入电流FADJDADJ

决定。

1(输出波形的选择由MAX038芯片逻辑地址引脚A0和A1的组合来决定，A1A0,10或11时，输出正弦波;A1A0,00时，输出方波;A1A0,01时输出三角波。波

0.3,s0.5,s形切换可在内完成，但输出波形有的延迟时间。AT89C51的P1.7端口与P1.6端口控制A0和A1。

2(输出频率由IIN引脚的电流、SOSC引脚的对地电容量和FADJ引脚的电压来

R,50K,决定。MAX038步进频率控制电压由8位DAC0832提供，经的电位器IIN

VR接入到IIN引脚。设IIN输入端电压为，串接电阻为，则有 IINIIN

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VIINf,0R，CIINF (3-2)

fVR—输出频率，单位;—输入端电压，单位;—串接电阻，单式中，MHzV0IINIIN位;是决定输出频率的串入电容值，单位。 CpF,F

3(C电容是SOSC引脚的对地电容，本设计在SOSC引脚设置了一个开关，CFF电容取四个容量值，分别为、、、。本设计设计了四个频段，0.2,F0.02,F2nF0.2nF

在输入电压为,时，根据公式(3-2)可得: 1V9.5V

当连接电容输出频率范围在到。当连接电容输出频率0.2,F0.02,F100Hz1kHz

到。当连接电容输出频率范围在到。当连接电范围在1kHz10kHz2nF10kHz100kHz容输出频率范围在到。具体见表3-2所示。 1MHz0.2nF100kHz

表3-2 频段切换

序号 频段 电容 步进

0.2,F1 , 100Hz1kHz50Hz

0.02,F2 , 1kHz10kHz500Hz

3 , 10kHz100kHz2nF5kHz

4 , 1MHz100kHz0.2nF50kHz

4(通过改变FADJ引脚、DADJ引脚上的电压可以调节频率和占空比。本设计以改变FADJ引脚上的电压作为频率的细调，改变DADJ引脚上的电压作为占空比的调节。

当在FADJ引脚施加一个范围的电压，可使输出频率的调节范围为 ,2.4V

f,(0.3~1.7)f0 (3-3)

ff为步进输出频率，为MAX038输出频率。 0

f,f(1,0.2915，V) (3-4) 0FADJ

由公式(3-4)可得:

V,0Vf,f当时， FADJ0

V,,2.4Vf,f，1.6996当时， FADJ0

V,，2.4Vf,f，0.3004当时， FADJ0

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f,f，综合上述，改变FADJ引脚上的电压使频率的调节范围在(1,1.7)才能满0

足设计要求，所以FADJ引脚上所加电压的范围设计为,。 ,2.4V0V

V,0VDADJ引脚上的电压值的变化控制波形的占空比，通常时，则占空比DADJ

V为。若在范围变化将引起输出波形占空比在,的变化(在50%,2.3V30%60%DADJ

,范围内改变占空比，对输出频率的影响最小)，根据设计要求波形占空比30%60%

在,范围内调节。综合上述DADJ引脚上所加范围的电压，占空比30%60%,2.3V

的调节范围为,。 30%60%

5(MAX038输出的信号电压固定为峰-峰值，通过放大电路将MAX038输出2V

的信号放大，使输出信号波形幅度可调。

3.5 增益放大模块

放大电路主要是对MAX038输出的双极性电压信号幅值进行处理，以达到输出电压可调。采用低频运放放大波形信号以提高输入阻抗，采用LM324 四运放作为放大元件。LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。放大电路见图3-4所示。

RW450K

R1810KU13A2LM3241输出3R172K

11R1610K4

图3-4 放大电路

RW,0k,当时，放大0.83倍; 4

RW,50k,当时，放大5倍。 4

3.6 人机接口

3.6.1 键盘模块

键盘模块采用独立式按键作为输入设备，为了防止按键抖动产生误差，本设计采用软件去抖动。按键电路见图3-5所示。

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+5VP1.0~P1.4S01KR3D1D1

SW-PBP3.2+5VS11KR20U16D2D274SLS21SW-PB

S21KR5D3D3

SW-PB

S31KR22D4D4

SW-PBU14U1574SLS21S41KR2374SLS21D5D5

SW-PB

D1D2

图3-5 按键模块 D3D4

RR电阻,作为上拉电阻，在有按键按下后容易判断前两次电平的变化。1923D5

74ALS21是一个4输入与门，当没有按键按下时74ALS21输出高电平，有按键按下后输出低电平，则低电平触发了单片机的外部中断0，从而认为有按键按下。由于触发中断需要一定的时间所以按键不采用硬件去抖动，而才用软件去抖动。 3.6.2 显示模块

显示采用7SEG-MPX6-CC-RED(六位共阴7段LED显示器)显示。七段显示译码器将把输入的BCD码，翻译成驱动七段LED数码管各对应的所需电平。由于扩展了I/O口，则七段显示译码器直接接在8255的B口C口上由8255芯片直接驱动显示。8255芯片B口定为片选端，C口定为位选端。待显示字符从左到右依次放在一个数组中，从左向右顺序显示。程序中的段选码表存在另外的一个数组中，表中段选码表存放的次序为0,9、D、E、F。当数码管最后一位显示“D”表示，显示“E”Hz表示，显示“F”表示。 MHzkHz

3.7 频率计算模块

该模块主要与单片机组合计算输出信号的频率。

频率计算电路见图3-6所示。

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四川信息职业技术学院毕业设计说明书 U14141VCC1RD+5V1322RD1D1235.1K2D1CPR31142CP1SD105P3.02SD1Q96P3.32Q1Q872QGND

74LS74

F7

图3-6 频率计算电路

P3.0的功能为清零，使用定时器中断来计算输入波形频率的大小。频率计算原理见图3-7所示。

fs

INT0

T s

图3-7 频率计算原理

当信号上升沿来到时2Q端输出低电平引起单片机中断并开始记时，再一次信号上升沿来到中断并停止记时，通过公式(3-5)计算频率的大小。

1 f, (3-5) T

3.8 电源模块

为了提高电源的稳定性，减少纹波，部分电路采用变压器降压、整流、电容滤波将电压降为，在通过稳压管7805电压可稳定在输出。这样可防止交流中的不5V5V

稳定而造成输出的直流电压偏低，从而使单片机不能正常工作。

电路对电源的要求较高，采用,变压器，将交流电变成，经20W25W220V15V桥式整流、电容滤波，再经过三端稳压器CW78M12稳压，输出直流电压(W78M1212V

最大输出电流为);同样使用CW79M12稳压输出负电压。电压给LM324500mA,12V芯片供电;从CW79M12稳压输出负电压再分压输出及,的可调电,2.4V0V,10V

,的压;从CW78M12与CW79M12输出端分压，通过电位器调节输出,2.3V，2.3V电压。

3.9 总体电路

硬件电路设计从整体上主要分为8个模块，分别为:控制处理模块、按键模块、

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显示模块、I/O口扩展模块、D/A模块、波形产生模块、放大模块、频率计算模块。硬件流程图见图3-8所示。

按键

显示 AT89C51单片机

I/O扩展

74LS74

D/A转换 C电容切换 F

FADJ电压调节 MAX038

信号放大 DADJ电压调节 图3-8 硬件流程

在硬件连接完毕后先检查是否连接错误防止元器件被较大的电流烧毁。单片机加电后首先进行自检，MAX038不会有波形信号输出，只有先按下按键后才会有波形输出，在此之前DAC0832也不会有电流输出。当键按下后AT89C51单片机处理按键的功能。

单片机加电后开始初始化，LED初始化时显示六个8，约1秒后自动关闭显示，表明单片机初始化正确完毕;在有按键按下后单片机处理按键的功能，控制相应的操作;AT89C51单片机通过P0口传输操作指令，8255芯片的A口接DAC0832，通过运放使DAC0832输出的电流转变为电压信号，再接一个的电位器，以方便调50K,

节DAC0832输出的电压。通过输出的电压大小改变电流的大小，从而控制输出波形步进频率。通过MAX038第10脚输入的电流大小来改变输出频段的选择。如果要使频率连续输出，则该变第8脚(FADJ)电压使之频率连续输出，调节占空比则调节第7脚(DADJ)的输入电压。

频率输出共分为四频段，分别为:,、,、,100Hz1kHz1kHz10kHz10kHz100kHz和,，对此相应的步进频率为:、、、。 50Hz1MHz100kHz500Hz5kHz50kHz

频段切换需改变MAX038的COSC引脚电容的容量;由于输出波形的幅度是一个恒定值，通过集成运放来放大输出信号;对于频率的显示则使用AT89C51的定时

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器和计数器来计算输出波形的频率;步进加键和步进减键不会进行频段的选择，在一个频段内循环加减，控制DAC0832转换输出电压范围为,。1V9.5V

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第4章 软件设计

4.1 流程图及设计

系统软件按照其功能分为5个模块，每个独立的模块通过主程序联系组成一个完整的系统程序。5个模块分别为:主程序模块、显示模块、按键判断模块、频率计算模块、D/A转换模块。

1(主程序流程

主程序流程见图4-1所示。

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开始

初始化

显示6个8

1秒后关闭

While(1)

等待按键中断

波形按键 判断按键

步进按键

正弦波 波形输出

频率计算

显示

Y N

是否到1秒

等待按键中断

图4-1主程序流程

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3(键盘处理流程

采用中断的方法来设置键盘。采用外部中断0，当有按键按下后所对应的端口变为低电平，通过74ALS21与门来启动外部中断0。键盘流程图见图4-2所示。

等待按键中断

波形按键

判断按键

步进按键

正弦波 波形输出

频率计算

图4-2 键盘流程

3(计算频率

将MAX038输出信号通过74LS74芯片接入到外部中断1，当信号的高电平来到时，发生中断，并启动单片机本身的定时器来计时，在一次此中断来临时关闭定时器定时，从而获得信号的周期。

4(显示流程

采用动态显示从数组中取出显示数字。对于以下的显示标志采用“D”表示，kHz

以上到以下显示标志用“E”表示，的显示标志用“F”表示。程序中MHzMHzkHz

每一分钟计算一次频率并显示，提高频率更新速率。显示流程见图4-3所示。

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频率计算

显示

Y N

是否到1秒

等待按键中断

图4-3 显示流程

5(波形选择

应用P1.7、P1.6的输出来选择波形的输出控制。波形选择见表4-1所示。

表4-1 波形选择

A1 A0 波形

1 0或1 正弦波

0 0 矩形波

0 1 三角波 6(步进频率

单片机控制DAC0832输出电压来改变MAXO38 IIN端电流的大小，从而进行频

段的选择。在没用选择波形输出的情况下进行步进频率则将有正弦波输出。频率步进

流程分为步进加(图4-4)和步进减(图4-5)。

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步进加 步进加

Tem2=17 1秒后关闭

N Y N Y

Tem2++ Tem2=0 Tem2++ Tem2=0

输出电压 输出电压

图4-4 频率步进加

步进减

Tem2=0

N Y

Tem2++ Tem2++

输出电压

图4-5 频率步进减

4.2 软件系统的使用说明

1(按键说明

(1)按键0:步进加;

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(2)按键1:步进减;

(3)按键2:正弦波;

(4)按键3:矩形波;

(5)按键4:三角波。

2(软件的使用

单片机加电后首先进行自检，MAX038不会有信号输出，只有先按下按键后才会有信号输出。在此之前8255芯片在单片机启动时也将进行初始化操作，显示初始化，显示六个8。在没有按键按下1秒后数码管将又一次点亮。当信号输出后按下步进加键(0号键)或步进减键(1号键)则波形的频率将发生变化，在此之外在没有选择波形输出时按下步进加键(0号键)或步进减键(1号键)将会启动正弦波波形输出。频率输出共有四频段分别为:,、,、,和100Hz1kHz1kHz10kHz10kHz100kHz

,。频段切换需该变MAX038 COSC引脚电容的容量。步进加键(0号1MHz100kHz

键)和步进减键(1号键)不会进行频段的选择，并在一个频段内循环加减。DAC0832输出电压范围为,。软件操作不具有对占空比的控制调节，要调节占空比则1V9.5V

需对MAX038的外围电路进行调节。

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第5章 调试

本设计的调试分为软件调试和硬件调试，对于软件调试主要应用单片机仿真软件(Proteus Professional)和Keil软件;硬件调试则搭接实际电路加电进行调试。

1(软件调试

在Keil软件中编写原程序代码，对代码进行格式语法调试，将其错误的进行纠正。本设计应用高级语言编写程序代码，编写时参考C语言语法格式编写。应用单片机仿真软件仿真部分电路，此部分电路包括按键电路、显示电路、I/O扩展电路及DAC0832电压输出。

在单片机仿真软件中装载原程序代码，并运行，LED数码管将全部点亮，约1秒后自动熄灭。如果没有按键按下LED数码管将再一次全部点亮。此部分出现故障则应在显示程序代码中修改，主要的问题是不显示或部分数码管不显示，问题在于对数码管进行动态扫描时段选码或位选码编写错误对于DAC0832的调试，则对DAC0832输入电流信号，输出处将电流变换为电压信号，参考表(3-1)理

RW论输出电压对其软件进行修改。另外在硬件调试中可以调节反馈回路的阻值，1从而改变电压的输出;以一个信号源作为向单片机输入的频率信号，在频率计算电路中计算频率。在74LS74的CP端输入固定频率信号，观察显示频率，如果与输入频率不相同则在显示值的基础上加减误差值。这样调节可以避免频率误差。

2(硬件调试

(1) 在不通电的情况下，按照设计电路接线图检查安装电路，在安装的电路按电路图一一对照检查连线;

(2) 连线检查完毕后，直观检查电源、地线、元器件接线端之间有无短路，连线间有无连接不良，二极管及电解电容的引线端有无错接、反接，芯片是否安装错误;

(3) 把经过准确测量的电源电压接入电路，用电灯代替风机，首先观察有无异常现象，如冒烟、异味、触摸器件有无过热，电源是否短路等，如有异常现象立即切断电源，排除故障后通电;

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(4) 在硬件调试当中主要调试波形发生电路、放大电路、波形转换电路。在调试当中改变MAX038 COSC端的电容进行频段切换，改变改变输入电流的CRWF2大小，从而改变频率的大小。在IIN端输入一个固定的电流，用示波器测量输出频率大小，改变DADJ端的电压(调节RW的电阻值)，观察输出频率的改变范围是4

否是产生固定频率的1,1.7倍范围内，至少在1,1.5倍范围这样才符合设计要求，改变的电阻值也可以调节频率的输出。另外改变频段在测量输出频率的范围; RW2

RW(5) 在调节占空比当中，设置方波输出调节电阻值。占空比范围至少在3

,内符合设计要求; 30%60%

(6) MAX038的输出固定峰峰值以符合设计要求，在波形的输出端有放大2V

波形信号，最大放大5倍。

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结 论

通过3个多月的毕业设计，函数发生器终于做成功了。按照老师的要求，本函数发生器能产生正弦波、矩形波、三角波;频率范围在,内连续可1MHz100Hz调;方波占空比在,范围内连续可调;输出电压:U?。 15%85%1VP,P

总体上完成任务书上的要求但是具体分析该系统发现仍然存在如下一些问题:

1(频率范围在,时，输出波形信号可以使用集成运放对输出信100Hz100kHz

号进行放大。超过这个频段范围时，在用此集成运放放大信号，信号将产生失真;

2(本函数发生器能显示输出波形的频率，但信号的幅度却没有显示。因此可以使用单片机的P2口连接D/A转换，采集输出信号幅度，用LED显示信号幅度;

3(函数发生器可以输出较常用的正弦波波、三角波、方波三种信号，信号种类的数量少。

技术只是一方面，更多的我是学会了利用资源。“时间作为一种最宝贵的资源”，让我在这设计中体会颇深。由于在这设计过程中有很多事情要做，所以时间显的特别紧张。但我制定了论文写作计划。当然，我要付出比别人更多的时间和精力，因为我在做这个设计的同时也在做西南科技大学自考本科的毕业设计。但想到自己的前途，我又信心百倍的做了起来。

以上是我这段时间的感受。通过本次设计，不仅是对我这三年所学知识的一个考验，也是对我单片机编程与写作水平的一个考核，而且还给了我一个找出自己不足的机会。

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致 谢

经过几个月的努力，终于将论文和设计做完了。感谢所有教授我知识的老师和含辛茹苦的父母，是他们给了我这样的机会。

同时在本次毕业设计和论文写作中，也要感谢我的老师和同学对我的帮助，因为有了他们的支持，我才能坚持写完～尤其是指导我的刘雪亭老师，她给了我许多技术指导，多次提出一些建设性的建议和创想，并提出我编程中常犯的错误，这让我进步神速，还有网络上一些热心的朋友。

最后，还要感谢所有帮助过我的人，谢谢你们～

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参考文献

[1] 芯片实验室.http://www.mculab.com [2] 李金奎.单片机应用.北京:高等教育出版社，2006 [3] 苏平.单片机原理与接口技术.北京:电子工业出版社，2003 [4] 李维祥，孙秀强，孙桂玲，等.MCS-51单片机原理与应用.天津:天津大学出

版社，2001

[5] 张红润，易涛.单片机应用技术教程.北京:清华大学出版社，2003 [6] 唐程山.数字电子技术.北京:人民邮电出版社，2005 [7] 叶淬编.电工电子技术.北京:化学工业出版社，2004 [8] 郑应光.模拟电子技术.江苏:东南大学出版社，2005 [9] (美)汤姆.彼德鲁编.电子技术完全实践.德利斯科学出版社，2006 [10] 博益网.http://www.blyee.cn [11] 百度空间.http://hi.baidu.com [12] 得益网.http://www.netyi.net [13] 维普咨讯.http://www.cqvip.com [14] 廖炉霖.跟我学Protel 99.北京:冶金工业出版社，2000 [15] 谭浩强编.C程序设计(第二版).北京:清华大学出版社，1999 [16] 赵克林.C语言程序设计教程.四川:北京工业大学出版社，2004

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附录1 单片机端口分配表

I/O端口分配 作用 方式 P0.0 连接8255的D0端 输出 P0.1 连接8255的D1端 输出 P0.2 连接8255的D2端 输出 P0.3 连接8255的D3端 输出 P0.4 连接8255的D4端 输出 P0.5 连接8255的D5端 输出 P0.6 连接8255的D6端 输出 P0.7 连接8255的D7端 输出 P1.0 按键0 输入 P1.1 按键1 输入 P1.2 按键2 输入 P1.3 按键3 输入 P1.4 按键4 输入 P1.6 MAX038的A0端 输出 P1.7 MAX038的A1端 输出 P2.0 74LS373片选端 输出 P3.0 74LS74复端 输入 P3.2 按键中断输入端 输出 P3.3 外部信号输入端 输入

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附录2 程序代码 #include

#include "absacc.h"

#define COM8255 XBYTE[0x007f] #define PA8255 XBYTE[ 0x007c] #define PB8255 XBYTE[ 0x007d] #define PC8255 XBYTE[ 0x007e] #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit P3_0=P3^0;

uchar n;

uint table1[13]={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f，0x5f，0x79，

0x71};

uint table2[6]={0xdf，0xef，0xf7，0xfb，0xfd，0xfe}; uint table3[10]={0xbf，0x86，0xdb，0xcf，0xe6，0xed，0xfd，0x87，0xff，0xef};

unsigned long count;

unsigned long period;

uint rflag=0;

uint key1;

uint key2;

uint z1;

uint j1;

uint s1;

uchar status;

bit flag;

sbit P1_7=P1^7;

sbit P1_6=P1^6;

void service_int1() interrupt 0 using 2 /*外部中断0*/

{ flag=1;

status=P1;

status=status|224;

}

void delays (void) /*延时函数*/

{ char i，j;

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for(i=20;i>0;i--)

for(j=248;j>0;j--); }

void keyscan(void) /*按键函数*/

{

if(rflag)

{ switch(status)

{ case 254:key1=0;break;

case 253:key1=1;break;

case 251:key1=2;break;

case 247:key1=3;break;

case 231:key1=4;break;

}

rflag=0;

}

}

void zxb(void) /*正弦波函数*/

{ z1=1;

j1=0;

s1=0;

P1_7=1;

PA8255=25.6+(key2*12.8); }

void jxb(void) /*矩形波函数*/

{ z1=0;

j1=1;

s1=0;

P1_7=0;

P1_6=0;

PA8255=25.6+(key2*12.8); }

void sjb(void) /*三角波函数*/

{ z1=0;

j1=0;

s1=1;

P1_7=0;

P1_6=1;

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PA8255=25.6+(key2*12.8); }

void control (void) /*频率计算函数*/

{ TMOD=0x09;

TR1=1;

TH0=0;

TL0=0;

P3_0=0;P3_0=1;

TR1=1;

ET1=1;

EA=1;

}

void bxcs(void) /*波形产生函数*/

{ switch(key1)

{ case 0: {

if(key2==17)

key2=0;

else key2++;

if(z1==1)

zxb();

if(j1==1)

jxb();

if(s1==1)

sjb();

break;

}

case 1: { if(key2==0)

key2=0;

else key2++;

if(z1==1)

zxb();

if(j1==1)

jxb();

if(s1==1)

sjb();

break;

}

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case 2: { zxb();

break;

}

case 3:{ jxb();

break;

}

case 4: { sjb();

break;

}

}

}

void int_1(void) interrupt 1 using 1 /*外部中断1*/ { EA=0; TR1=0;

count=TL0+TH0*256;

rflag=1;

EA=1;

}

void pinlv(void)

{ control();

while(rflag==0)

period=(1.0/count)*1000000; }

void display(void) /*显示函数*/

{ uint g，s，b，x1，x2;

if(period<1000)>

{ period=period*100;

x2=(int)period%10;

period=period/100;

x1=(int)period%10;

period=period/10;

g=(int)period%10;

period=period/10;

s=(int)period%10;

period=period/10;

b=(int)period;

PB8255=table1[b];

PC8255=table2[0];

PB8255=table1[s];

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PC8255=table2[1];

PB8255=table3[g];

PC8255=table2[2];

PB8255=table1[x1];

PC8255=table2[3];

PB8255=table1[x2];

PC8255=table2[4];

PB8255=table1[10];

PC8255=table2[5];

}

if(period>=1000)

{ period=period*100;

x2=(int)period%10;

period=(int)period/10;

x1=(int)period%10;

period=(int)period/10;

g=(int)period%10;

period=(int)period/10;

s=(int)period%10;

period =period/10;

b=period;

PB8255=table1[b];

PC8255=table2[0];

PB8255=table1[s];

PC8255=table2[1];

PB8255=table3[g];

PC8255=table2[2];

PB8255=table1[x1];

PC8255=table2[3];

PB8255=table1[x2];

PC8255=table2[4];

PB8255=table1[11];

PC8255=table2[5];

}

if( period>=1000000)

{ period=period*100;

x2=(int)period%10;

period=period/10;

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x1=(int)period%10;

period=period/10;

g=(int)period%10;

period=period/10;

s=(int)period%10;

period =period/10;

b=(int)period;

PB8255=table1[b];

PC8255=table2[0];

PB8255=table1[s];

PC8255=table2[1];

PB8255=table3[g];

PC8255=table2[2];

PB8255=table1[x1];

PC8255=table2[3];

PB8255=table1[x2];

PC8255=table2[4];

PB8255=table1[12];

PC8255=table2[5];

}

}

void xscsh(void) /*初始化显示函数*/

{ uchar m;

for(n=6;n>0;n--)

{

PB8255=0xeff;

PC8255=table2[n-1];

}

for(m=100;m>0;m--)

{ delays();

PC8255=0x00;

}

}

void main(void) /*主函数*/

{ uint i，m;

COM8255=0x80;

z1=0;

j1=0;

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s1=0;

key2=0;

xscsh();

EX0=1;

IT0=1;

EA=1;

delays();

while(1)

{ delays();

keyscan();

bxcs();

for(i=1; ;i--)

{ pinlv();

display();

for(m=100;m>0;m--)

delays();

}

}

}

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附录3 总电路原理图

12345678DD

+10V

U7AU5U4C17112A1344lsbDI0Iout1D0PA06121A2Vcc20333DI1Iout2D1PA1U3U153A3322DI2D2PA230PF49A1A1E1A432198311DI3RfbD0Q0XTAL1P0.0/AD0D3PA316A24A25E2A5LM3249304011DI4D1Q1P0.1/AD1D4PA412MHzU3C2158A3A3A6761042939DI5VrefD2Q2P0.2/AD2D5PA514A4A4A78918112838DI6D3Q3XTAL2P0.3/AD3D6PA613A513A512A8122737msbDI7D4Q4P0.4/AD4D7PA730PF19A614A61513ILED5Q5P0.5/AD5F8118A7A7171614518B1CSWR2D6Q6P0.6/AD6RDPB0172E3A8A81819915C93619B210KXferWR1RW1D7Q7RSTP0.7/AD7F3+10VWRPB1F433UF E1920B3F7A0PB2A9A9116E2821B4OEP2.0/A8+10VA1PB311DAC0832173522B5LEP2.1/A9RESETPB4F418E3623B6F2P2.2/A10CSPB5291924B7PSENP2.3/A11PB6C3302074LS37325U8B8F1RW250KALEP2.4/A12PB7F13121+1110EAP2.5/A13F2+5VGNDIIN22U1414C1129P2.6/A14PC0CCPDOGND2315C2141138P2.7/A1522uFPC1+5V VCC1RD-2.4V到0VPDIFADJ16C3132147R2PC22RD1DSYNCDADJ12417C4123D1156S5P1.0P3.0/RXD5.1KPC32D1CP-2.3VR3到+2.3VDGNDGND1K22513C5114D2165P1.1P3.1/TXDPC42CP1SD+5VDV+COSCSW-PB32612C6105D3174P1.2P3.2/INT0PC52SD1QV+A14271196D4183P1.3P3.3/INT1PC62Q1QR1GNDA05281087D5F4192P1.4P3.4/T0PC72QGNDOUTGND629F7201P1.5P3.5/T1-5VV-REF200730P1.6P3.6/WRF58318255P1.7P3.7/RDMAX03874LS74F6AT89C51S1C3U147SEG-MPX6-CC-RED81+5VF372S063R30.2uF54D1D11KSW-PBC4S1SW-DIP4+5V1R20aU16D2D22bF574SLS2131KSW-PBc0.02uF4dS25R5eC5D3D3B1B2B3B4B5B6B7B8C1C2C3C4C5C66fBBb1KSW-PBg8pF6S3R222nFD4D41KSW-PBU14U15C6RW474SLS2174SLS21S4R23D5D550K1KSW-PB0.2nFR1810KU13AD22D11D2输出3DIODER172KD3D4LM32411412F810KD53R164F356

AA

12345678

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毕业设计(论文)评语

学生姓名 易秀 学号 班级 通技06-2 专业 通信技术 0620051

设计(论文)题目 函数发生器的设计 指导教师 刘雪亭 谭望春

指

导 指

导 老 师

考 核 意

见

等级:

指导教师:

答辩 评语

等级:

答辩老师:

总评

成绩

等级: 考核小组组长:

以上两项成绩综合后，指导老师考核成绩占总分的60%，答辩成绩占总分的40%，备注 按五级记分(优、良、中、及格、不及格)。

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