函数发生器的设计报告

1. 函数发生器设计毕业论文(要做个函数信号发生器,并写一篇论文)

函数发生器设计毕业论文(要做个函数信号发生器,并写一篇论文)

1.要做个函数信号发生器,并写一篇论文

函数信号发生器的设计与制作系别：电子工程系专业：应用电子技术届：07届姓名：李贤春摘要本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。

适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz~30KHz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。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

关键词 ICL8038，波形，原理图，常用接法一、概述在电子工程、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。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8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为0.001Hz~300KHz。

三、系统工作原理与分析 3.1、ICL8038的应用 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz~300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于0.1%；占空比变化范围为2%~98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6(ICL8038ACJD)~250*10-6(ICL8038CCPD)；对于电源，单电源（V+）:+10~+30V，双电源（+V）(V-)：±5V~±15V。图1-2是管脚排列图，图1-2是功能框图。

8038采用DIP-14PIN封装，管脚功能如表1-1所示。 3.2、ICL8038内部框图介绍函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1），共有五个组成部分。

两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I,IS2=2I；两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为和，它们的输入电压等于电容两端的电压uC，输出电压分别控制RS触发器的S端和端；RS触发器的状态输出端Q和用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。

两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。 3.3、内部框图工作原理 ★当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的，输出Q=0，； ★使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为 IS1=I 因充电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性上升。

★当上升为VCC/3时，电压比较器Ⅱ输出为高电平，此时RS触发器的，S=0时，Q和保持原状态不变。 ★一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的时，Q=1时，，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性下降。

起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但，其输出不变。 ★一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时，Q=0，，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。

由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。

结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。

3.4、方案电路工作原理（见图1-7）当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/。

2.函数信号发生器毕业设计

摘要

本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从0.001Hz~30KHz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。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。

函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。

关键词： ICL8038，波形，原理图，常用接法

3.函数发生器设计

智能函数发生器设计设计的要求如下设计要求 1. 信号频率范围1HZ~100kHZ; 2. 输出波形应有：方波、三角形、正弦波； 3. 输出信号幅值范围0~10V; 4. 具有数字显示输出信号频率和电压幅值功能。第一章方案设计与论证方案一：本方案直接采用凌阳SPCE061A作为波形发生器。波形的具体产生是通过两路DAC来产生，凌阳SPCE061A在这方面的设计为我们提供了极大的方便，用它实现的好处在于，外围电路极其简单，另外在DAC的编程方面又提供及其便利的编程环境。外围电路的设计包括三大部分，第一是键盘控制电路的设计，这里采用4*4键盘，由IOA的低八位进行控制，把键盘上的行和列分别接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7上，采用外部中断二来中断所显示波形，以便进入下一波形的编辑和输出，在波形输出的同时利用外部中断一来实现同步的频率调节。第二是显示电路的设计，这里为了在波形输出依然有显示，由于单片机的局限性这里采用通常的动态LED显示行不通，因为波形输出时要求CPU不停地为其服务而没有空闲来为LED进行不停更新，解决方案是采用带数据缓存器和驱动的LCD来提供显示，这样只占用八个I/O口即可完成设计要求，也可放弃适时显示功能采用LED显示，这里将提供两种显示方案。第三是滤波和电压转换电路的设计，滤波采用低通滤波器，滤除DAC转换过程中形成的高频小锯齿波。另外由于凌阳SPCE061A单片机DAC输出为电流输出，为满足达到5V的电压输出，外接OP07运算放大器进行放大，加1千欧姆电阻进行电流信号到电压信号的转换。本设计的特点是全面采用数字电路方案，因而工作稳定可靠。利用单片机控制管理，使频率设置和占空比调整等操作可用键盘输入，十分方便.由于方案中涉及到SPCE061A单片机现简介如下： SPCE061A单片机概述 SPCE061A是继u'nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。目前有两种封装形式：84引脚的PLCC84封装和80引脚的LQFP80贴片封装。主要性能如下： 16位m'nSP微处理器；工作电压：VDD为2.4~3.6V(cpu), VDDH为2.4~5.5V(I/O); CPU时钟：32768Hz~49.152MHz ；内置2K字SRAM、内置32K FLASH；可编程音频处理； 32位通用可编程输入/输出端口； 32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号； 2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）； 2个10位DAC（数-模转换）输出通道； 7通道10位电压模-数转换器（ADC）和单通道语音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制（AGC）功能；系统处于备用状态下（时钟处于停止状态）耗电小于2mA@3.6V；具备触键唤醒的功能； 14个中断源：定时器A / B,2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；使用凌阳音频编码SACM_S240方式（2.4K位/秒），能容纳210秒的语音数据；具备异步、同步串行设备接口；具有低电压复位（LVR）功能和低电压监测（LVD）功能；内置在线仿真电路接口ICE(In- Circuit Emulator)；具有保密能力；具有WatchDog功能（由具体型号决定）

请采纳答案，支持我一下。

4.函数发生器设计

请采纳答案，支持我一下。

5.函数发生器的如何设计

设计一个函数发生器使得能够产生方波、三角波、正弦波。频率范围 10Hz~100Hz,100Hz~1000Hz,1kHz~10kHz

频率控制方式通过改变RC时间常数手控信号频率

通过改变控制电压Uc实现压控频率VCF

输出电压正弦波Upp≈3 V 幅度连续可调；

三角波Upp≈5 V 幅度连续可调；

方波Upp≈14 V 幅度连续可调.

波形特性方波上升时间小于2s;

三角波非线性失真小于1%;

正弦波谐波失真小于3%。 (1) 根据技术指标要求及实验室条件自选方案设计出原理电路图，分析工作原理，计算元件参数。

(2) 列出所有元、器件清单报实验室备件。

(3) 安装调试所设计的电路，使之达到设计要求。

(4) 记录实验结果。

1、函数发生器的组成

函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波、三角波、正弦波函数发生器的方法。（一）方案一：三角波变换成正弦波

由运算放大器单路及分立元件构成，方波——三角波——正弦波函数发生器电路组成如图1所示，由于技术难点在三角波到正弦波的变换，故以下将详细介绍三角波到正弦波的变换。

1。利用差分放大电路实现三角波——正弦波的变换

波形变换的原理是利用差分放大器的传输特性曲线的非线性，波形变换过程如图2所示。由图可以看出，传输特性曲线越对称，线性区域越窄越好；三角波的幅度Uim应正好使晶体接近饱和区域或者截至区域。方案一：用差分放大电路实现三角波到正弦波以及集成运放组成的电路实现函数发生器

2。用二极管折线近似电路实现三角波——正弦波的变换

二极管折线近似电路图3

根据二极管折线近似电路实现三角波——正弦波的变换的原理图，可得其输入、输出特性曲线如入3所示。

频率调节部分设计时，可先按三个频率段给定三个电容值：1000pF、0.01Μf、0.1μF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，并注意调节输出三角波的幅度和对称度。输入波形中不能含有直流成分。

（二）方案二：用二极管折线近似电路以及集成运放组成的电路实现函数发生器

图是由μA741和5G8038组成的精密压控震荡器，当8脚与一连续可调的直流电压相连时，输出频率亦连续可调。当此电压为最小值（近似为0）时。输出频率最低，当电压为最大值时，输出频率最高；5G8038控制电压有效作用范围是0—3V。由于5G8038本身的线性度仅在扫描频率范围10:1时为0.2%，更大范围（如1000:1）时线性度随之变坏，所以控制电压经μA741后再送入5G8038的8脚，这样会有效地改善压控线性度（优于1%）。若4、5脚的外接电阻相等且为R，此时输出频率可由下式决定：

f=0.3/RC4

设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RP2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）方案三：用单片集成函数发生器5G8038

可行性分析：

上面三种方案中，方案一与方案二中三角波——正弦波部分原理虽然不一样，但是他们有共通的地方就是都要人为地搭建波形变换的电路图。而方案三采用集成芯片使得电路大大简化，但是由于实验室条件和成本的限制，我们首先抛弃的是第三种方案，因为它是牺牲了成本来换取的方便。其次是对方案一与方案二的比较，方案一中用的是电容和电阻运放和三极管等电器原件，方案二是用的二极管、电阻、三极管、运放等电器原件，所以从简单而且便于购买的前提出发我们选择方案一为我们最终的设计方案。

6.四位数字显示函数信号发生器的设计和制作

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：

(1)用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。

(2)可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

(3)利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。

(4)利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。

设计指标：1.输出为方波和三角波两种波形，用开关切换输出；

2.均为双极性；

3.输出阻抗均为50Ω；

4.输出为方波时，输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz~2kHz可调；

5.输出为三角波时，输出电压峰值为0~5V可调，输出信号频率为200Hz~2kHz可调

本项目都切实用到了所学知识，数控电源部分采用数电中的DAC0808数模转换电路以及计数器74LS193构成。信号发生部分全部应用模电知识制作，采用性能优良的集成信号发生芯片ICL8038结合运放电路制成。频率测试部分，用555构成秒脉冲，通过40110来实现计数译码显示。此次制作真正达到了学以至用，理论联系实际的目的。符合理工科学生学习的要求。

当然本次实验参阅了除课程以外的大量参考书籍，通过多种方案论证，最终确立的此课题。由于时间紧，项目大，虽然在规定的时间完成任务，经过多次的修改，但仍然存在不足之处，望专家组批评指正。

7.函数发生器2的设计与实现

【函数发生器的原理图】

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【参考资料】

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函数波形发生器设计

摘要

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。通过对函数波形发生器的原理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生器。

函数发生器设计毕业论文