信号发生器的设计与实现仿真

重庆工业职业技术学院 毕业设计（论文）任务书

课题名称 1、 课题简介： 函数信号发生器是电子技术专业人员常用的一种仪器设备，通过函数信号发生器可以获取一定频率范围、一定幅值范围内的正弦信号、三角波信号、锯齿波信号及不同占空比的方波信号，可为所设计的电路提供输入信号，实现电路功能及性能的测试。 本课题利用单片机控制D/A转换芯片实现简易的函数信号发生器。信号输出频率范围在1Hz～10KHz。可通过按键调节信号类型、输出频率、输出幅度、对于方波还可以调整其占空比。 2、技术指标： 1）使用51单片机和D/A转换芯片； 课题简介 技术指标 工作量要求 2）需要输出正弦波、方波、三角波、锯齿波波形； 3）波形可以手动选择； 4）波形频率为1Hz~10KHz，且步进可调。 5）波形幅值，在0～5V范围内可调。并可实现0.1V的步进。 6）波形类型、幅值和频率用7段数码管显示。 3. 毕业设计工作量要求 1）根据任务书要求查阅资料及相关文档。 2）根据所查阅资料进行综合分析，完成设计思路、系统框架设计、方案比较、可行性分析等。 3）确定设计方案进行系统硬件设计并完成Protel软件设计与仿真。 4）完成硬件电路焊接制作，软件下载至目标板进行总体调试

南昌大学实验报告

学生姓名： 学号： 专业班级：

实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验日期： 实验成绩：

信号发生器设计

一、设计任务

设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。

二、设计要求

基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波Up-p≤24V，三角波

Up-p=6V，正弦波Up-p>1V。

扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性 方波tr<30us（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。

三、设计方案

信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。

图1 信号发生器组成框图

主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。

图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1

输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。

图2 方波和三角波产生电路

图3 比较器传输特性和波形

本科学生毕业论文

论文题目：

学 院：

年 级：

专 业：

姓 名：

学 号：

指导教师： 基于FPGA的函数信号发生器的设计与实现 物理科学与技术学院 2008级 应用物理学

2012 年 4 月 28 日

摘要

波形发生器己成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种全数字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高函数发生器的性能，降低生产成本。

本文首先介绍了函数波形发生器的研究背景和FPGA的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成信号发生器模块的设计过程，接着分析了整个设计中应处理的问题，根据设计原理就功能上进行了划分，将整个仪器功能划分为控制模块、FPGA器件来实现。最后就这几个部分分别进行了详细阐述。

关键词

EDA；函数信号发生器；FPGA；

Abstract

The waveform generator has become the modern testing,the most widely used on

可编程信号发生器设计与实现

摘要：信号发生器是一种常见的信号源，在生产实践、科技领域和教学方面都有着广泛的应用。由分立元件组成的信号发生器，电路结构较复杂，产生波形种类少，电参数调节不精确；利用单片机，采用软硬件结合设计的信号发生器，具有电路结构简单、性能稳定、价格便宜等优点，具备一定的研究价值。

本设计采用STC89C52单片机为系统核心，内部写入波形程序，外部接DAC0832数模转换器进行数模转换，再通过运放电路处理后输出波形。本次设计成果能产生三种基本波形（正弦波、方波和三角波），三种波形通过按键切换，波形频率通过数码管显示，通过频率加减键可实现频率的改变，并且波形幅度可调。本设计的可编程性体现在可以灵活的对单片机内部程序进行修改和拓展。总体来看，本设计电路简单、布局合理、软件功能强大，整体上达成了预想效果。

关键词：信号发生器；STC89C52； DAC0832；运放；可编程

中图分类号：TN41

I

The Design and Implementation of Programmable Signal Generator

Abstract: The signal generator is a common source of

目录

摘要 ...................................................................... I ABSTRACT .............................................................. II 第1章 绪论 .............................................................. 1 1.1 1.2 1.3

信号发生器的研究意义与内容 ........................................ 1 信号发生器的发展现状和前景展望 .................................... 1 信号发生器的总体设计思路 .......................................... 3

第2章设计简介 ............................................................ 4 2.1 FPGA简介 .......................................

函数信号发生器的设计、与装配实习

一．设计制作要求：

掌握方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器的设计方法与测试技术。学会由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统的布线方法。掌握安装、焊接与调试电路的技能。掌握在装配过程中可能发生的故障进行维修的基本方法。

二．方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器设计要求

函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路(如单片集成电路函数发生器ICL8038)。本次电子工艺实习，主要介绍由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波 一 三角波 一 正弦波函数信号发生器的设计与制作方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种：

1：如先产生正弦波，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。

2：先产生三角波一方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波。

3

3：本次电路设计，则采用的 图1函数发生器组成框图

是先产生方波 一 三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。此钟方法的电路组成框图。如图1所示：可见，它主要由：电压比较器、积分器和差分放大器等三部分构成。

为了使大家能较快地进入

函数信号发生器的设计、与装配实习

一．设计制作要求：

掌握方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器的设计方法与测试技术。学会由分立器件与集成电路组成的多级电子电路小系统的布线方法。掌握安装、焊接与调试电路的技能。掌握在装配过程中可能发生的故障进行维修的基本方法。

二．方波 一 三角波 一 正弦波函数发生器设计要求

函数发生器能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形。其电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成电路(如单片集成电路函数发生器ICL8038)。本次电子工艺实习，主要介绍由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波 一 三角波 一 正弦波函数信号发生器的设计与制作方法。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种：

1：如先产生正弦波，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。

2：先产生三角波一方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波。

3

3：本次电路设计，则采用的 图1函数发生器组成框图

是先产生方波 一 三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。此钟方法的电路组成框图。如图1所示：可见，它主要由：电压比较器、积分器和差分放大器等三部分构成。

为了使大家能较快地进入

课 程 设 计 任 务 书

课 程 名 称 电子线路课程设计 课程设计题目 函数信号发生器的设计 课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

1．设计能产生正弦波等波形的函数信号发生器， 2．信号频率范围： 1Hz∽100kHz； 3．输出波形要求

① 正弦波 谐波失真度≤2%；

② 方波 上升沿和下降沿时间不得超过200nS，占空比在48%∽50%之间； 4．输出信号幅度范围：0∽20V； 二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料

1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年 2. 阎石，数字电子技术（第五版）．[M]北京：高等教育出版社，2005. 3. 陈孝彬《555集成电路实用电路集》高等教

课程

目录

设计

一、设计要求------------------------------------------------2 二、设计的作用与目的------------------------------------2 三、波形发生器的设计------------------------------------3

1、函数波形发生器原理和总方案设计-------------------3 2、方案选择及单元电路的设计---------------------------5 3、仿真与分析----------------------------------------------9 4、PCB版电路制作-----------------------------------------13

四、心得体会-----------------------------------------------15 五、参考文献-----------------------------------------------16 附录

1

课程设计

波形发生器的设计电路

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。函

摘要

随着大规模集成电路技术和计算机技术的飞速发展，把计算机的运算器和控制器（即CPU）、存储器和多种接口集成在一块芯片上而成的芯片为单片机。单片机问世20年来，发展速度之迅猛，应用范围之广泛是以往任何技术都无法比拟的。单片机作为嵌入式微控制器其应用很普及。

本文介绍了单片机的概念、分类、发展过程，并使用MCS-51单片机和CD4094单片机设计多用方波发生器的硬件电路和控制电路，并对单片机进行了软件编程，使用户可以方便的制造和生产多用方波信号发生器。

本文第一章简单介绍了单片机的发展过程和应用领域；第二章以MCS-51单片机为例，具体介绍单片机的结构以及工作原理；第三章使用MCS-51单片机和CD4094单片机设计多用方波发生器的硬件电路和控制电路，并进行软件编程。 关键词：微处理器，单片机，MCS-51单片机，多用信号发生器电路，多用信号发生器程序，

ABSTRACT

Along with the large scale integrated circuit technology and the

computer technology rapid development, the computer logic unit and the