函数发生器实验报告

函数发生器设计11通信2班 小组成员：吴金海（12） 陈明友（32） 谢逢发（8） 冯冠杰（5）一、 设计任务书：1、基本要求(1)能输出频率f=1Hz10kHz并连续可调的正弦波，三角波和方波。正弦波：Vp-p1V三角波 ：Vp-p=8V方波： Vp-p24V(2)能输出频率f=1Hz10kHz并连续可调的锯齿波和矩形波。锯齿波：Vp-p=8V ,负斜率连续可调。矩形波：Vp-p24V,占空比为50%90%并连续可调。2、扩展功能(1)增加其他输出波形产生电路，如阶梯波等；(2)可通过键盘设定信号输出频率，并加入频率显示电路；(3)可以根据用户设计需求产生任意波形。二、 方案比较及验证1、方波-三角波-正弦波函数发生器设计（1）函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波等电压波形的电路或仪器。（2）根据产生波形的先后，电路组成次序有所不同。下面为先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的方案。2、基于单片集成函数发生器的设计（1）单片集成电路函数发生器ICL8038ICL8038模拟集成函数发生器是美国英特西尔公司的产品，国产型号为5G8038。ICL8038具有频率范围宽、频率稳定度高、外围电路简单等特点，它可以产生0.001300KHZ高质量的正弦波、矩形波（或方波、窄脉冲）、三角波（或锯齿波）等函数波形。此外，通过外部电压控制，利用ICL8038还能实现FM调制和扫频输出。（2）单片集成电路高频函数发生器MAX038MAX038性能特点1） 能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波和脉冲波。2） 频率范围从0.1Hz20MHz，最高可达40MHz。3） 各种波形的输出电压峰峰值均为2V，具有输出过载/短路保护。4） 占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是1090。5） 波形失真小，正弦波失真度小于0.75，占空比调节时非线性度低于2。6） 内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。3、基于单片机的函数发生器的设计该方案的主要思路是：在程序中预先建立待输出波形一个周期的样本表（数字化表示波形形状），在需要输出该波形时将其样本表数据依次读出来，经过数模转换（或控制PWM波输出）、滤波等处理后，输出该波形信号。该方案优点是输出信号的频率稳定，抗干扰能力强，实现任意波形的信号容易，可通过外置按键或键盘来设定所需产生信号源的类型和频率，还可以通过显示器显示波形的相关信息。不足之处是由于单片机的数据处理速度有限，很难得到较高的频率。 AVR按键控制模块工作指示DAC0832模块运放波形输出4、基于DDS的函数发生器的设计直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS或DDS）DDS的工作原理可以描述为：一个给定频率的数字化波形能被以更高频率的累加相位方式合成。相位累加器用来实现这种过程，不同的频率对应于不同的相位累加步进量。在参考时钟的推动下，相位累加器通过对存储器中波形查找表的寻址，得到输出频率的离散化振幅值；经过D/A变换后得到连续的量化振幅值；再经过低通滤波器得到所需频率的模拟信号。 经过以上四种方案的比较及验证，我们决定采取第一种方案：方波-三角波-正弦波函数发生器设计。三、 单元电路设计 1、方波-三角波产生电路1）方波的幅度比电源电压+Vcc略小。2）调节电位器RP1，可调节三角波的幅度，但会影响其频率；三角波的幅度小于+VCC。3）调节电位器RP2，可调节方波和三角波的频率，但不会影响其幅度。若要求输出频率范围较宽，可取不同的C2改变频率的范围，再用 RP2实现频率微调。2、三角波-正弦波变换电路（1）下图为具有恒流源的单端输入-单端输出差分放大器。差分放大器工作点稳定，输入阻抗高，对晶体管的零点漂移、电源波动、温度变化等共模信号的影响具有很强的抑制能力。（2）根据其传输特性曲线，当输入电压按三角波规律变化时，差分对管的集电极电流近似为正弦波。由于vC2=VCC-iC2RC2，若VCC和RC2恒定，则vC2亦近似为正弦波。（3）为使输出波形更接近正弦波，可采取的措施有：1）传输特性曲线尽可能对称，线性区尽可能窄；(RP4调节电路的对称性，RE2用来减少线性区。此外，电路要尽可能对称，T1与T2、T3与T4的特性应相同。)2）三角波的幅度Vm应接近差分对管的截止电压值。(RP3调节三角波的幅度)四、 系统测试方法及结果1、方波-三角波发生电路的仿真2、三角波-正弦波转换电路的仿真五、 总结 为期一个星期的课程设计已经结束，在这一星期的学习、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。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；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。其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：波形失真，甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啊。实验中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，老师们不厌其烦地为我们调整波形，讲解知识点，实在令我感动。还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实