信号发生器制作.doc

2010年南邮大学生电子设计竞赛设 计 报 告参赛题目： 信号发生器 题目编号： 信号发生器（C题） 参赛队员： 参赛单位： 南京邮电大学 日 期： 二一年 七 月 十二 日 信号发生器（C题）摘要：设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波和方波信号，频率可调，范围较宽。赛题任务：设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波和方波信号，其系统框图如图1所示。 信号发生参数调整稳压电源信号输出输出信号 图1 信号发生器系统框图 关键词：电源、单片机、频率可调、多波产生一、 系统方案1、 信号发生器总体方案设计2、控制部分 使用51单片机来完成控制。通过与MAX038中A1A0引脚相连的按键实现输出波形的选择；单片机通过DAC0832与FADJ引脚和DADJ引脚的相连实现频率与占空比的控制。3、稳压电源 自制稳压电源实现5V和12V的装化。4、输出部分 输出信号通过放大滤波，实现在200欧负载下的峰峰值5V清晰波形。二、 理论分析和计算及电路分析和设计1、硬件实现1）、频率调整的实现本系统可以用程序控制频率及波形的输出，其中频率的调节是在中心频率左右调节，中心频率的具体频率值由;R6 C2来设定，其调节范围为MAX038的频率输出范围，当然，由于器件的原因，可能中心频率值的调节范围不能完全达到MAX038的频率输出范围，但可以通过)D/A的调节使MAX038的输出范围为0.1HZ20MHz，为了便于应用中的调节，一般中心频率设为调节频率范围的中间值，输出频率的步频大小可以通过R5来调节。由于频率变化范围的需要，我们用两个电容用开关选择C2的大小（用103和105的电容型号供其选择）。2）、波形选择的实现用P1.0 P1.1来选择MAX038输出的波形，其对应关系如表二所示。通过按键来实现输出频率的调节，其中P1.6所接的按键为增量键,P1.7所接的按键为减量键,R4调节运放输出的零点,R5调节运放输出的增益（微调），C2和R6控制MAX038输出的中心频率（粗调），硬件实现如图2所示。2 、数字调频信号波形定时及频率扫描设计2.1 输出频率输出频率取决于注入引脚 IIN 的电流、COSC 引脚的电容量（对地）以及引脚FADJ 上的电压。当VFADJ=0 时，输出的基频F0 由下式给出：F0=I /C （1）其中 IIN 为注入到引脚IIN 的电流（2750A）；CF为接到COSC 和地之间的电容C2（电容用开关选择C2的大小，103和105的电容型号供其选择）。虽然当 IIN 的电流在2750A 范围内的频率控制线性是好的，但最佳的性能在10400A 之间，因此电阻的选择应在k 级，则CR 电容的范围应在20100F 中选取，而且必须用短的引线使电路的分布电容减到最小。在COSC 引脚以及它的引线的周围有一个接地平面以减小其他杂散信号对这个支路的耦合。电容和电阻可以串联在一起以产生基频F0，其公式为F =V /R C （2）而VIN为2.5V的基准电压，因此当F0在0.1Hz12MHz时， IN F R C 的值在0.25kF0.208kpF 之间，因为电流最好控制在10400A，因此电阻的选择应为k 级，可选多个不同的电阻，然后通过选择可跨两个相差100倍的电容来串联获得所需的基频。选择电容型号为103和105，由式（2）可知：当F0=400Hz，CF=40 000pF 时，其中VIN=2.5V，可得RIN=13.298k 。其他两个电阻为33.245k 和6.649k。IIN 对电阻13.298k、33.245k和6.649k 分别为188A、75A 和259A。电阻、电容值选择和基频及其细分值由表1 所列。其中的频率细分是指当基频确定后由 DAC0832F =V /R C （2）而VIN为2.5V的基准电压，因此当F0在0.1Hz12MHz时， IN F R C 的值在0.25kF0.208kpF 之间，因为电流最好控制在10400A，因此电阻的选择应为k 级，可选3 个不同的电阻，然后通过选择可跨5 个数量级的电容来串联获得所需的基频。选择电容值为47pF、470pF、4 700pF、47nF 和0.47F，由式（2）可知：当F0=400Hz，CF=40 000pF 时，其中VIN=2.5V，可得RIN=13.298k 。其他两个电阻为33.245k 和6.649k。IIN 对电阻13.298k、33.245k和6.649k 分别为188A、75A 和259A。电阻、电容值选择和基频及其细分值由表1 所列。其中的频率细分是指当基频确定后由 DAC0832输出的电压的细分值。DAC0832 接2.4V 的基准电源，其双极性输出接到MAX038 的FADJ 调整端，通过内部的锁相环，作为精细的频率控制。这个电压从-2.4V变到+2.4V，引起基频（FADJ 是0V 时的输出频率值）的变化从1.70.3 倍（即F070%F0）。当DAC0832的接收数据为FFH 时，其频率输出值为基频的30%，当数据为0 时，频率输出值为基频的170%。式中：Fx 为要求输出的频率；F0 为当VFADJ 为0 时的基频2.2 占空比调整 MAX038 的DADJ 引脚上的电压可控制波形的占空比DC（定义为输出波形为正时所占时间的百分数），并且能够改善正弦波的波形，可进行脉冲宽度调制和产生锯齿波。当VDADJ 接地（即VDADJ=0）时，其占空比为50%。按照题目的要求，可置DADJ引脚为0。2.3 波形选择2.4放大电路 为了满足幅度的要求，要在输出端加入放大电路。我们选择Ne5532低噪声运放。（由于运放的放大倍数和通频带等限制，可选择2级放大）。3、电源模块的实现 由于电路中需要用的5V和12V的电源，所以需要实现220V交流转直流5V和12V的装化电路。三、 测试方案和测试结果1、随着频率的增大方波发生失真，在较高频率下，由于上升和下降时间的增大，导致方波像一正弦波。2、输出信号有在200欧的负载下，信号达不到5V，需要改进输出的功率放大器。3、电源模块可正常实现220V交流转直流5V和12V的装化电路。4、由于时间和元件的限制，对于原方案做了一定的更改，去除了单片机的控制和显示部分，用电位器实现频率和幅度的控制。四、 参考文献1 胡亚杰，段清明，田地，马广生液动冲击钻测试系统的设计J微计算机信息，2003，19（2）2 黄晓林测控应用中若干重要电路的设计