毕业设计（论文）数显多波形信号发生器设计

1、1 绪 论电子学兴起于本世纪30-40年代，1873年麦克斯维提出了电磁波学说，为无线电技术的发展奠定了理论基础。20年代中期以后，由于晶体管技术和集成电路技术的飞速发展。电子技术已经成为当今科学技术领域最活跃，影响最广泛的学科之一。电子技术在促进国防建设、科学技术研究、工农业生产、第三产业发展、提高人类居住和生活质量等方面发挥了极其重要的作用。之后由于电子信息业的迅速发展，其应用几乎设计人类生活的一切领域，因此电子学的广泛性、快速性、多样性的发展，不能不认为这是它的特点之一。当今以集成电路和微处理器为中心的微电子技术使电子产品的更新变得很快。可以说电子学的迅速发展为现代信息社会的发展打下了坚

2、实的基础，并将更进一步地推动信息化社会的发展。电子信息产业与电子科学技术在当今已与经济建设、社会建设、国防建设息息相关的极其重要的因素。当今世界处于电子信息时代。电子信息产业日新月异地高速发展，世界电子信息产业全面完成了向微电子化的过渡。有人预言，现代技术的巨大推动力，将推动社会永久的繁荣。在这方面，信息电子技术的作用尤其突出。社会正向信息社会、知识社会、网络社会发展。俯瞰世界，我们看到了信息电子科学技术的发展；同时也听到了关于经济发展与人类未来的许多讨论，诸如“无限制经济发展”、 “长期经济繁荣”；更观察到众多实际的社会现象，诸如：各国实行经济开放、企业全球化、世界市场重组。可以说，这些经济

3、现象的出现，无一不同电子信息技术的突飞猛进密切相关。人们在展望科技、经济与社会的未来发展时，重视信息电子领域的三大法则，即穆尔法则（微处理器的能力每18个月翻一翻）、梅特卡夫法则（网络价值等于网络节点数的平方）和盖茨法则（点子、创新与竞争）。人类经济社会发展对电子信息技术的依赖空前增强。2 基础知识的介绍 本课题设计的数显多波形信号源主要是由数显频率计和信号发生器的电路组合而成。因此有必要在这里介绍一下数显频率计和信号发生器的一些相关性的基础知识，以便对课题设计有更深刻的认识。 2.1 认识信号发生器信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字

4、合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（s/n）均优于模拟，其锁相环（ pll）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。谈及模拟式函数信号源，结构图如图21所示： 图 2-1这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波。而三角波是如何产生的，公式如下：换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正

5、斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如图2-2所示：图 2-2当i1 =i2时，即可产生对称的三角波，如果i1 i2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理i1 t0的情况下（t=t2-t1）下，这时计数器计得n个数（设n=6）；现在再来考虑一种情况即t趋近于零。这就是有两种可能的计数结果：若第1个计数脉冲和第7个计数脉冲都能通过门，则可计得n+17个数；也可能这两个计数脉冲都没能通过主门，则只能计得n-1=5个数。由此可知，最大的计数误差为n=1个数。所以考虑到式（4.51），可以写成式子： （4.53）式中 t闸门时间；被测频率；从式（4.53）可知，不

6、管计数值n多少，其最大误差总是1个计数单位，故称“1个误差”，简称“1误差”。从式（4.53）可知，当一定时，增大闸门时间t，可以减少1误差对测频率误差的影响。（二） 标准频率误差闸门时间t准不准，主要决定于由石英振荡器提供的标准频率的准确度，若石英振荡器的频率为，分频系数为k（例如，1mhz，为了得到t1s的时基信号，k应等于），则，而所以（4.54）可见，闸门时间的准确度在数值上等于标准频率的准确度，式中负号表示由引起的闸门时间的误差为t。/的要求是根据所要求的测频准确度提出来的。通常，对标准频率准确度例如，当测量方案的最小计数单位是1hz，而hz，在t1s时的测量准确度为（只考虑1误差）

7、，为了使标准频率误差不对测量结产生影响，石英振荡器的输出频率准确度/应优于，即比1误差引起的测频误差小一个量级。（三） 结论综合上述，可得如下结论：（1）计数器直接测频的误差主要有两项：1误差和标准频率误差。一般，总误差可采用分项误差绝对值合成，即（4.55）由式可知，在一定时，闸门时间t选得越长，测量人准确度越高。而当t选定后，越高，则由于1误差对测量结果的影响减小，测量准确度起高。但是随着1误差的影响减小，标准频率误差/将对测量结果产生影响，并以为极限。即测量准确度不可能优于的值。（2）测量低频时，由于1误差产生的测频误差大的惊人，例如，10hz， t1s，则由1误差引起的测频误差可达10

8、%，所以，测低频时不宜采用直接测频的方法。5 性 能 分 析本多波形信号源将设计为可以输出三种常见波形的信号源，即方波、三角波和正弦波。正弦波幅度为0+5v，输出阻抗约为2 k；方波的幅度为0+5v，输出阻抗约为1 k；三角波输出幅度为0+3v，输出阻抗约为1 k；三角波幅度为0+3v；输出阻抗约为2 k；三种波形均设计为对称输出，波形失真在1%以下。无论方波、三角波还是正弦波它们均有一定的频率，而且使用仪器者也对输出信号的频率有一定要求，因此这一多波形信号源必须具有频率的测量和显示功能。基于这一实际需要，本信号源设计为数字显示频率，可以用数码管来实现显示功能。其频率可调范围设计为1hz100

9、khz，这一范围基本满足普通的生产、生活和学习环境对低频信号源的需要。为提高测量和显示精度，可设置如下几个频率档：1hz10hz、10hz100hz、100hz1khz、110khz、10khz100khz。显示频率的分辨率为1hz，可使用6个数码管来显示输出所计频率值。小 结在张老师的指导下，本次毕业设计在这就要画上一个句号了。然而对于我而言，这次毕业设计所带来的任务，却远远还没有结束，通过这次毕业设计我学到了许多课本上学习不到的知识。从设计任务书的下达到今天基本实现任务书的实际要求，时间已经过去了两个多月。在这两个多月中，通过自己的学习和努力，通过各位老师的指导和教育，使我不仅仅在知识水平

10、和解决实际问题的能力上有了很大的提高，还从思想的深处体会到，要把自己的所学变成现实时多将面临的种种难题。 由于我平时的课程的理论知识学的还可以，我总是认为自己的知识水平已经能够处理许多的现实问题了。然而当自己真正深入到实际实践当中，深入到问题当中时。我竟然发现自己无从下手。也只有到了这个时候，我才真正体会到学会运用所学的知识是何等的重要，知识是从课堂上、老师、书本上学到的，实践则是要自己动手，自己去做才能掌握的。 在老师的关心和帮助下，我开始了设计。在老师的指导下，我知道了设计资料与设计方法，从最基本的问题入手开始一个个的解决。这是一个漫长的学习过程。随着时间的推移，我开始慢慢的掌握了设计所需

11、要的知识。我也终于明白了大学三年学习的意义和作用。扎实的基本功和良好的学习习惯，能使自己在学习新知识时有更深刻的认识力和更快的领会力。 同时电子信息系对毕业的重视也是我能完成设计的一个重要的条件。为了保证我们毕业设计的正常进行，系里将机房全天开放给我们做毕业设计，也给我们提供了必要的软件资料，在软硬件上都为我们提供了很好的条件，并不时地询问我们毕业设计的进展情况。为我们这次设计的正常开展提供了保证。 关于本次课题的设计，我所做到的只是最基本的。还有很多的设想由于时间和自身因素无法得以实现，这不能不说是本次设计中的遗憾之处。至少它已经启发了我的思维，提高了我的动手能力，这是我在课本中学不到的。它

12、为我在以后的工作岗位上发挥自己的才能奠定了坚实的基础。致 谢通过两个多月的努力，毕业设计工作按期完成了，在此过程中，有喜也有悲，喜，就是每当解决一个问题，学到新的知识的欢乐，悲，就是遇到问题而不知所措时的痛苦。总之，不管是悲还是喜，都给了我很大的鼓舞，让我学到了新的知识。通过这次设计,使我倍增了对科学探索的信心，将来我不论走上什么岗位，我都将以谦虚谨慎的态度，学习、学习、再学习。在两个多月的毕业设计过程中，得到了各位老师的热情指导，老师们的兢兢业业的工作作风、平易近人的品格、严谨的治学态度和诲人不倦的学者风范，使我深受教益，值此论文完稿之际，谨向老师们表示忠心的感谢和深深的敬意。在毕业设计的过

13、程中，我有幸成为充满学术气氛和友爱互助氛围的集体中的一员，从与张晶老师以及我们班同学的讨论和交流中，从他们的关心与帮助中所汲取的教益及结下的深厚友谊，是不能用简单的语言来表达的。在此一并表示感谢,在此，我衷心地感谢在本次毕业设计中给我热忱帮助的老师和同学。特别是我的指导老师张晶老师，在设计过程中，她给了我许多的指导和帮助，由于有了她的指导，才能使我能够顺利的完成毕业设计工作。本文是在张晶老师的悉心指导和自始自终的热情鼓励下完成的，。同时感谢系里的领导及老师对我的关怀。向所有关心、支持和帮助过我的朋友们表示最诚挚的谢意。参 考 文 献1 梁廷贵.现代集成电路实用手册.北京:科学技术文献出版社,2002.22 蒋焕文,孙续.电子测量.北京:高等教育出版社,19883 宁帆,张玉艳,数字电路与逻辑设计.北京:人民邮电出版社,2003.74 毕满清,张建华