存檔日期： 存檔編號： 徐 州 師 范 大 學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 論 文 題 目： 多波形函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 年 級： 0 6 級 指 導(dǎo) 教 師： 科文學(xué)院 教務(wù) 部 印制 I 摘 要 波形發(fā)生器是電子設(shè)計以及教學(xué)、科研中應(yīng)用最廣泛的儀器之一。如果能用相對簡單的實現(xiàn)方式和較少的成本產(chǎn)生具有優(yōu)秀穩(wěn)定度和精確度的常用波形，無疑將在這些領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。 本文 在介紹 馬克西姆公司 片基本特性 的基礎(chǔ)上 ， 論述了采用 片 來設(shè)計多波形函數(shù)信號發(fā)生器的原理以及整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 輔以控制軟件和特別的外圍電路設(shè)計，就能實現(xiàn)一個低成本、多功能、高精度、輸出頻率連續(xù) 可調(diào)的頻率合成式波形發(fā)生器。并 對其振蕩頻率控制、信號輸出幅度控制、 頻率和幅度的 控制 作了 比 較詳細的論述。 最后 根據(jù) 特點， 設(shè)計了控制程序和外圍電路。 該函數(shù)信號發(fā)生器可輸出三角波、方波、正弦波。 關(guān)鍵詞 ： 函數(shù)信號 單片機 is of in in If a it be in on I of a a I of in to to of of 錄 摘 要 . I . 論 . 1 述 . 2 計指標 . 2 案論證與比較 . 2 . 3 片引腳 . 4 統(tǒng)框圖及原理 . 6 段調(diào)節(jié)控制 . 7 率、幅值、占空比控制 . 8 出信號的放大處理 . 10 章小結(jié) . 10 3系統(tǒng)硬件的設(shè)計 . 11 統(tǒng)總體設(shè)計 . 11 片機介紹及外圍電路 . 11 率、占空比調(diào)節(jié) . 14 出信號的放大處理 . 16 源電路 . 17 盤設(shè)計 . 18 章小結(jié) . 18 4系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖 . 19 程序流程圖 . 19 5. 系統(tǒng)分析總結(jié)與展望 . 20 致謝 . 22 參考文獻 . 23 錄 . 25 1 單片機程序 . 25 2 系統(tǒng)完整電路圖 . 28 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 1 論 在現(xiàn)代社會中 ， 自動化技術(shù)早已 滲透到 社會 生產(chǎn) 的各個領(lǐng)域中。高精度、寬頻率、 高穩(wěn)定性的信號發(fā)生器對于所屬整體系統(tǒng)性能的改善和提高起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的 函數(shù)信號 波形發(fā)生器 如 8098 等等， 通常由晶體管、運放 發(fā)出 的信號的穩(wěn)定性 ， 信號的失真度 ， 頻率的范圍大小 ， 都不是很理想。于此相比 ， 基于 波形函數(shù)信號發(fā)生器具有 信號輸出 頻率高、波形穩(wěn)定、失真小、可控性強 等特點 。利用信號 進行儀器的 控制已 是自動控制 理論 中的一個重要的手段 。 那么 ， 一個幅度、頻 率、穩(wěn)定性、占空比以及波形可調(diào)的信號發(fā)生器的設(shè)計和完成更具有實際 價值。只要將這個 函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)的設(shè)計 思路掌握 好 ， 不但 可以融會貫通所學(xué)的專業(yè)知識 ， 還可以在今后 的工作中 作為參考 ， 用來控制其他設(shè)備。 多波形函數(shù) 信號發(fā)生器是電子實驗室的基礎(chǔ) 設(shè)備之一 ， 目前各類學(xué)校 廣泛使用的是標準產(chǎn)品 ， 雖然功能齊全、性能指標 高 ， 但 價格較貴 。本文介紹一種由 馬克西姆公司 計的簡易信號發(fā)生器 ， 該器件 結(jié)構(gòu)簡單 ， 雖然 性能指標趕不上標準信號發(fā)生器 ， 但 能 滿足一般的實驗要求。 其成本低、體積小、便于攜帶等特點 ， 亦可作為電子產(chǎn)品維修人員的 隨身設(shè)備之一。 基于 多波形函數(shù) 信號發(fā)生器設(shè)計 ，本 課題的設(shè)計目的是充分運用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識 ，結(jié)合 現(xiàn)在 正在使用的信號發(fā)生器的基本功能 ，完成一個基本 系統(tǒng)的設(shè)計全過程。通過 產(chǎn)生一系列有規(guī)律的幅度和頻率可調(diào)的 方波、三角波和正弦波， 這樣的一個 多波形函數(shù) 信號發(fā)生器在控制領(lǐng)域有 著 相當廣泛的應(yīng)用范圍。 本文主要分五大部分：緒論、系統(tǒng)概述和設(shè)計方案、硬件部分、軟件部分、總結(jié)。緒論 首先對課題背景和所涉及的技術(shù)領(lǐng)域進行 介紹；第一章對系統(tǒng)所要完成的功能 進行講解 ， 確定系統(tǒng)的主要參數(shù) ， 第二章對系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各部分組成進行簡要的介紹；第三章 軟件部分 ， 這部分重點介紹了主程序的流程圖 及 驅(qū)動程序。最后對 全文 進行了總結(jié) 與展望 。徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 2 2系統(tǒng)概述和方案設(shè)計 述 信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器 ， 在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器 ， 在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形 ， 如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號發(fā)生器。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中 ， 都需要射頻（高頻）發(fā)射 ， 這里的射頻波就是載波 ， 把音頻（低頻）、視頻信號或脈沖信號運載出去 ， 就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工 業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi) ， 如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等 ， 都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。 計指標 信號發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波三種周期性波形 ， 20 輸出信號頻率可分段調(diào)節(jié)：在 1在 110圍內(nèi)步進間隔為 1在 101圍內(nèi)步進間隔為 10 120圍內(nèi)步進間隔為 1出信號頻率值可通過鍵盤進行設(shè)置；在 1 輸 出正弦波信號的電壓峰 20出信號波形無明顯失真。 案論證與比較 函數(shù)信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法通常有以下幾種： 方案一：用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高 ， 其工作不很穩(wěn)定 ， 不易調(diào)試。 方案二：可以由晶體管、運放 通用器件制作 ， 更多的則是用專門的函數(shù)信號發(fā)生器 生。早期的函數(shù)信號發(fā)生器 如 8038 等 ， 它們的功能較少 ， 精度不高 ， 頻率上限只有 300無法產(chǎn)生更高頻率的信號 ，徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 3 調(diào)節(jié)方式也不夠靈活 ， 頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié) ， 二者互相影響。 方 案三：利用單片集成芯片的函數(shù)發(fā)生器：能產(chǎn)生多種波形 ， 達到較高的頻率 ，且易于調(diào)試。鑒于此 ， 美國馬克西姆公司開發(fā)了新一代函數(shù)信號發(fā)生器它克服了方案二中芯片的缺點 ， 可以達到更高的技術(shù)指標 ，是上述芯片望塵莫及的。 率高、精度好 ， 因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生器 鎖相環(huán)、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計上 ， 方案四：利用專用直接數(shù)字合成 產(chǎn)生任意波形并達到很高的頻率。但成本較高。 通過對以上四種方案的比較 ， 我們可 以看出幾種方案的優(yōu)缺點： 方案一：結(jié)構(gòu)很簡單 ， 制作容易 ， 但是輸出信號有頻率線性度差、頻率穩(wěn)定度低、頻率分辨率低、頻率變換時間比較長 ， 相位噪聲大以及人機界面不友好等缺點。 方案二：電路結(jié)構(gòu)簡單 ， 但在頻率分辨率、頻率變換時間、相位噪聲等方面都不如方案三。 方案三：結(jié)構(gòu)相對 復(fù)雜 ， 但具有輸出頻率穩(wěn)定性高 ， 頻率輸出線形度好、頻率分辨度高、波形正確 ， 頻率變換時間小 ， 相位噪聲小、人機界面好、易于控制等優(yōu)點、性能優(yōu)良。 方案四：能產(chǎn)生任意波形且達到很高的頻率 ， 但是成本較高。 基于我們的選擇標準 在滿足工作要求的前提下 ， 性 價比高的 發(fā)生器是我們的首選。從上面的比較可以看出 ， 方案一 和方案二都有各自較大的缺點 ， 難以達到理想的設(shè)計要求。而方案四雖然能達到很好的要求 ， 但是從價格方面考慮我們還是選擇方案三較好。 片介紹 克希姆）公司應(yīng)市場的需求而研制的單片集成高頻精密函數(shù)發(fā)生器 ， 具有較高的頻率特性、頻率范圍很寬、功能較全、單片集成化、外圍電路簡單、使用方便靈活等特點。內(nèi) 有 主振蕩器、波形變換電路、波形選擇多路開關(guān)、 準電壓源、相位檢測器、同步脈沖輸出及波形輸出驅(qū)動電路徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 4 等。其主 要優(yōu)點有： 1)能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波信號。 2)頻率范圍從 20最高可達 40各種波形的輸出幅度均為 2V 3)占空比調(diào)節(jié)范圍寬 ， 占空比和頻率均可單獨調(diào)節(jié) ， 二者互不影響 ， 占空比最大調(diào)節(jié)范圍是 10 90。 4)波形失真小 ， 正弦波失真度小于 ， 占空比調(diào)節(jié)時非線性度低于 2。 5）采用 5V 雙電源供電 ， 允許有 5變化范圍 ， 電源電流為 80典型功耗 400作溫度范圍為 0 70 。 6)低溫度漂移： 200 。 7)低阻抗輸出緩沖器： 8)內(nèi)設(shè) 可利用該電壓設(shè)定 實現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。 片引腳 1 82 01 91 71 61 51 41 31 21 11254367891 0O U G N D V +D G N N D D S A 0R E X X 0 3 8圖 腳圖 表 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 5 引腳號 名 稱 功 能 1 帶隙基準電壓輸出端 2 3 形選擇輸入端， 容 4 形選擇輸入端， 容 5 部電容連接端 6 7 空比調(diào)整輸入端 8 率調(diào)整輸入端 9 10 于頻率控制的電流輸入端 11 12 位檢波器輸出端。如果不用相位檢波器則接地 13 位檢波器基準時鐘輸入端。如果不用相位檢波器則接地 14 由 的電壓作為基準 15 字地。讓他開路使 是 16 數(shù)字 +5 果 17 V+ +5 18 19 弦波、方波或三角波輸出端 20 5 主 振 器主 振 控 制 器基 準 電 壓 源正 弦 波形 成 器方 波 形 成 器比 較 器相 位 檢 測 器多 路 選 擇 器1 72 056C O S D D 5 0 V E 5 V V+ 5 三 角 波方 波A 0A 1輸 出 級341 9+ 5 1 6D V +O U C N 0P D 11 41 21 32 、 9 、 1 1 、 1 8G N C C N 部電路圖 較器、復(fù)用器以及鑒相器電路，它們共同實現(xiàn)了正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波和脈沖波的生成。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 6 鑒相器是作為鎖相環(huán)的備用單元，為異或門電路結(jié)構(gòu)，輸入信號一路來自內(nèi)部差動矩形波 外一路來自外部引腳 相器的輸出信號為電流，由 腳輸出 平均值變化范圍為 0 550 A 。當兩路輸入信號的相位差為 90 時，輸出電流的占空比為 50%，平均值為 250A 。如果構(gòu)成鎖相環(huán)路，則 且對地連接一個電阻 同時并聯(lián)一個電容 于濾除電流中的高頻成分。 統(tǒng)框圖及原理 如圖 采 用單片機 主信號發(fā)生芯片進行智能 控制 ， 對生的波形信號進行頻率 高低 ， 占空比 大小 ， 幅度 范圍 的 控制 ， 以及產(chǎn)生波形的選擇控制。 5 2 單 片 機 4 4 鍵 盤M A X 0 3 8波 形 選 擇占 空 比 調(diào) 節(jié)頻 率 調(diào) 節(jié)放 大 電 路波 形 輸 出圖 系統(tǒng)框圖 輸出頻率主要受振蕩電容 電流和 電壓的控制 ， 其中前二者與輸出頻率的關(guān) 系如圖 示。選擇一個 對應(yīng) 電流的變化 ， 將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外 ， 改變 的電壓 ， 可以在制的基礎(chǔ)上 ， 對輸出頻率實現(xiàn)微調(diào)控制。為實現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整 ， 在和 分別連接一個電壓輸出的 先 ， 通過 V(00H)到 輸出電壓 ， 經(jīng)電壓 / 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) ， 產(chǎn)生 0 A 到 748 A 的電徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 7 流 ， 疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的 2 最終對 形成 2 50 A 的工作電流 ， 使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。 此工作電流 范圍分為 256 級步進間隔 ， 輸出頻率范圍也被分為 256級步進間隔。所以 ， 二步 ， 通過 0H)到 + 電壓范圍 ， 該范圍同樣包含 256 級步進間隔 ， 的步進間隔再次細分為256級步進間隔 ， 從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)微調(diào)。 段 調(diào)節(jié)控制 的電流間的關(guān)系如表 示。固定一個 當 的電流從 2 A 到 750A 的變化時 ， 對應(yīng)產(chǎn)生一個頻段的頻率范圍。經(jīng)實驗調(diào)整 ， 我們選擇了一系列的 表 示 ， 并確定了各 2。由于系統(tǒng)通過 制 電流和 電壓 ， 將各頻段的頻率范圍劃分為 65536 級間隔 ， 因此各頻段的輸出誤差為 ( 1 2 ) / 6 5 5 3 6f f f 0 . 111 01 0 01 0 0 1 0 011 0 1 0 0 0I I 1 0 0 n n f1 n 0 n p 0 p p p 輸出頻率與 流及振蕩電容 關(guān)系 此外 ， 由于相鄰頻段之間存在著頻率重疊現(xiàn)象，并 且考慮到各 個頻段對應(yīng)的徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 8 誤差大小有所差異 ， 因此設(shè)定各頻段的實際起止頻率圍 ： 以便 獲得最小的誤差。 表 輸出波形頻率范圍與 頻段號 CF A) 50A) f f3 10005000 150000 10000 10F 50 5腳 腳 10腳 利用恒定電流 便可形成振蕩。 腳 7腳 振蕩頻率由下式確定。 02 . 5 N F I N F C R C R C (因為我們要求的頻率范圍在 10分四個頻段來滿足要求 ， 在每個頻段上連續(xù)可調(diào) ， 由芯片內(nèi)部參數(shù)可知道 ， 當 2 7 5 0 A時 ， 0 1 0 時 ， 芯片有較好的性能。 因此 ， 有（ 可知 (當 2時 ， 2 . 5 0 1 . 2 52 ；當 750時 ，2 . 5 0 3 . 3 3750 ， 為了使數(shù)字控制能夠使 2 7 5 0 A 實現(xiàn) ， 我們在D/數(shù)字量為 00 0腳 A 的電流輸入。當數(shù)字量為 出為基準電壓 0腳 50A 的電流輸入。用公式（ 以檢驗 ， 確定表 頻率產(chǎn)生要求。 率、幅值、占空比 控制 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 9 過恒定電流對外部電容 得三角波、方波和正弦波信號輸出。充放電電流由流進 加在引腳 路的振蕩頻率為：0 ( 1 0 . 2 9 1 5 ) ( 1 0 . 2 9 1 5 ) /F A D J I N F A D J Ff f V I V C 波形的占空比為：0 4 D A D 。 當 時， 時， 設(shè)為 2 750 A ，對應(yīng)中心頻率 為 350:1的變化；當 ，調(diào)制頻偏為 70%。 制外部電容 、放電電流的比值，當 0時，波形的占空比為 50%；當 D A D J V 占空比為 10% 90%。在 置了 250A 的下拉電源流，可簡化外部電路設(shè)計，僅用電阻 連接引腳 準電壓的可變電阻 ） 和（連接引腳 準電壓的可變電阻）就可以對頻偏和占空比進行調(diào)整。 僅用電阻 能調(diào)整輸入電流 實現(xiàn)中心頻率的調(diào)節(jié)。 基準電壓源主要用于提供 流和 壓，其溫度系數(shù)典型值為 20 ，負載電流小于 4 通過控制 8選 1模擬開關(guān) 而確定頻率范圍。本系統(tǒng)共有 8個頻段供切換，輸出頻率范圍與 表 表 輸出頻率范圍與波段 頻率范圍 1 2020 100002 10000200 220 2002 1 F 20200 10 F 220 100 F 2部有一個 基準電壓源，由 腳輸出?；鶞孰妷涸从蓛蓚€ 電阻電容組成，分別組成放大倍數(shù)為 1 和 1 的緩沖器，因而得到徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 10 基準電源。這個電壓源對整機的性能很重要，因為各控制電路均需要該參考輸入。 在應(yīng)用中， ?？梢詥为毘袚瘮?shù)信號輸出的功能，通過外部的電阻和電容的調(diào)節(jié)，完成特定頻率和幅值的信號輸出。 出信號的放大處理 由于 輸出信號為恒定的 2V（ 且輸出電流不高，所以必須在輸出級至少有一級放大電路來提供足夠的輸出電壓和電流，以滿足一般使用要求。以下是放大電路設(shè)計的幾點考慮： 首先，放大電路要求具有很高的頻寬，因為輸出信號最大基頻為 20三角波和矩形波的高次諧波成分很 高，只有高寬頻才能得到不失真的輸出波形。 其次，高頻大信號放大要求放大電路有足夠的輸出 電壓轉(zhuǎn)換速率。 另外，要帶動低阻負載，放大電路的電流輸出能力也是個重要參數(shù)。要在 1載上輸出 5放大器至少要有的連續(xù)電流輸出能力。 章小結(jié) 本章主要講述了基于 片的多波形函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計原理，該方案能產(chǎn)生正弦波、三角波和方波。 接著介紹了 成函數(shù)發(fā)生器芯片的性能與特點，并分析了改芯片的結(jié)構(gòu)組成和各模塊的功能。隨后介紹了由 0100功能 信號源的設(shè)計過程。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 11 3系統(tǒng)硬件的設(shè)計 依據(jù) 配合單片機控制 ， 我們可以實現(xiàn)數(shù)控的函數(shù)信號發(fā)生器。 統(tǒng)總體設(shè)計 整機由圖 分別是電源產(chǎn)生電路 ， 頻段選擇電路 ，按鍵電路 ， 單片機外圍控制電路（包括信號的占空比 ， 頻率 ， 幅度控制電路）。 信 號 發(fā) 生 芯 片M C 電 路 運 放 幅 度 控 制顯 示 模 塊波 形 信 號 檢 測鍵 盤 輸 入 控 制波 形 選 擇 占 空 比 控 制幅 度 調(diào) 節(jié)波 形 輸 出圖 總設(shè)計原理布局圖 基于 單片機多波調(diào)頻信號產(chǎn)生器主要由單片機 如圖 示。由 過產(chǎn)生控制電壓并以近似線性的規(guī)律來調(diào)制頻率和占空比。 片機介紹及外圍電路 1 系列單片機的一個型號，它是 性能 位單片機，片內(nèi)含 8k 56 隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ 器件采用 易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 單元。 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 12 個外中斷口， 3個 16 位可編程定時計數(shù)器 ， 2個全雙工串行通信口， 2個讀寫 口 。其將通用的微處理器和 儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性 兼容 令系統(tǒng) 81000次） 32個雙向 I/ 256 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 0 2個串行中斷 可編程 行通道 2個外部中斷源 共 6個中斷源 2個讀寫中斷口線 3級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 引腳 個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。 外接石英晶體及電容 回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性 ， 這里選擇使用石英晶 體 。也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路的情況時 ， 外部時鐘脈沖接到 即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 ， 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 13 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1P 1 . 3P 1 . 2R x D / P 3 . 0T x D / P 3 . 1I N T 0 / P 3 . 2I N T 1 / P 3 . 3T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5W R / P 3 . 6R D / P 3 . 7X T A L 2X T A L 1G N . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 2 . 2 / A 1 0P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2E A / V P E / P R O E . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 0 . 7 / A D 7P 0 . 6 / A D 6P 0 . 5 / A D 5P 0 . 4 / A D 4P 0 . 3 / A D 3V C 8 9 C 5 2圖 圖 中的芯片 是 作在 0和 于選擇輸出波形； 4鍵盤接口，它和單片機的 4， 4。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 14 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1P 1 . 3P 1 . 2R x D / P 3 . 0T x D / P 3 . 1T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5R D / P 3 . 7X T A L 2X T A L 1G N . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 2 . 2 / A 1 0P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 0 . 7 / A D 7P 0 . 6 / A D 6P 0 . 5 / A D 5P 0 . 4 / A D 4P 0 . 3 / A D 3V C C 1L 2L 3L 4C 2C 3C 4+ 5 R 3R 4R 51 0 K 1 0 A 1+ 5 V+ 5 C 12 2 p p 1 1 . 0 5 9 2 + 5 u 1 0 8 9 C 5 2 W R /P T 1 /P T 0 /P 3. 2E A /V E/ P R O 單片機外圍 硬件 電路 率、占空比調(diào)節(jié) 種時利用內(nèi)部基準電壓源調(diào)整，另一種是利用外加電源調(diào)整，為使電路簡單，采用第一種調(diào)整方式。 在 電壓控制信號 ， 義為輸出波形為正時所占時間的百分數(shù)），并且能夠改善正弦波的波形，可進行脈沖寬度調(diào)制和產(chǎn)生鋸齒波。當 0）時，其占空比為 50%，占空比的調(diào)整可采用 出 圍內(nèi)的電壓，占空比可在 10% 90%范圍內(nèi)改變，約每伏改徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 15 變 15%，當電壓超過 使頻率偏移或引起不穩(wěn)定。為產(chǎn)生一定占空比而加在 ( 5 0 % ) 0 . 0 5 7 5D A D J (對雙極性輸出的 D/A 轉(zhuǎn)換器，基準電源為 1 2 8 ( 1 / 2 . 3 ) 1 2 9 . 6 3 . 2D A D J D (其中： 腳上的電壓， 占空比。這樣可完成激勵信號的占空比設(shè)置。調(diào)整 充放電時間 ， 在 10% 90%的范圍內(nèi)調(diào)整振蕩器輸出的三角波 ， 最終產(chǎn)生失真的正弦波 ， 鋸齒波和脈沖波。這三種波形同時送入混合器 ，由 所以為簡單起見， 關(guān)于占空比調(diào)節(jié)和頻率調(diào)整，可采用外部電位器調(diào)整控制。調(diào)節(jié)頻率調(diào)整電路的電位器，改變 入端 電流大小 ，從而改變頻率值；調(diào)節(jié)占空比調(diào)節(jié)電路中的電位器，改變 電壓大小，從而改變占空比。 圖 的芯片為 司的信號發(fā)生芯片 波形選擇引腳1與單片機的 單片機的控制下輸出正弦波、矩形波和三角波 3種不同的波形，波形的頻率和幅值可以通過外部的可變電阻進行調(diào)節(jié)。 信號波形輸出，送至放大電路。 出的信 號頻率為 2 2 C 。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 16 X 0X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 71 N A 1C O S D D O U D V +D G N N 1P D 0M A X 0 3 8G N A 1123456789102 01 91 81 71 61 51 41 31 21 1- 5 V+ 5 1 41 51 2152461 11 097C D 4 0 5 1R 0 0 0 0 1 0 . 1 1 1 0 1 0 0 1 n C V D D+ 5 出信號的放大處理 V(最大輸出電流為 20出阻抗的典型值為 可直接驅(qū)動 100 的負載。為了得到更大的輸出幅度和驅(qū)動能力，就需要對波形信號作進一步處理，圖 出了一個波形輸出與驅(qū)動電路。波形信號從 使其通過一個 帶寬增益積為 140 15益為 +10的情況下， 00常適合本系統(tǒng)的放大要 求，有 12V 的輸出擺幅，且輸出電流最大可達 100全可以滿足峰峰值要求。 后接 緩沖器的作用。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 17 5 0 0 I N P U 0 2 . 2 2 2 2 1 1 1 1 5 負載+ 1 5 V+ 1 5 5 5 5 VA D 8 1 1B U 4 0 n 8 p 輸出信號的放大驅(qū)動電路 源電路 根據(jù)整機要求，電源電路應(yīng)為信號產(chǎn)生電路提供 5中 5此選用了 7815， 7915兩種三端集成穩(wěn)壓器，這種三端固定電壓輸出式集成穩(wěn)壓器，使用簡單，價格較低，且由于內(nèi)部具有過壓過流保護，使整機的電源電路穩(wěn)定，性能可靠。外接 9絕對值電路， 然后濾波通過7805， 7905產(chǎn)生 5在中間串入 7812和 7912，則可以為波形放大驅(qū)動電路提供 12伏的工作電壓。 電源部分電路圖如圖 7 8 0 57 9 0 5Q L 1C 3C 51 0 51 0 5C 4C 61 0 51 0 5E 1E 2E 0E 31 0 0 F 2 5 0 F 2 5 0 0 F 3 5 0 0 F 3 5 V+ 5 1 27 9 1 2+ 1 2 2 電源電路圖 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 多 波形函數(shù)信號發(fā)生器 的設(shè)計 18 盤設(shè)計 軟件需要實現(xiàn)的主要功能是檢測鍵盤的輸入，根據(jù)輸入結(jié)果選擇相應(yīng)的波形信號。鍵盤操作和對應(yīng)的輸出如下： 輸入按鍵 0（第 1行第 1列），得到正弦波； 輸入按鍵 1