第一篇：CDMA2000基帶信號(hào)發(fā)生器的FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)

CDMA2000基帶信號(hào)發(fā)生器的FPGA+DSP實(shí)現(xiàn)

摘 要：提出了基帶信號(hào)發(fā)生器中CDMA2000無線傳輸技術(shù)的下行鏈路基帶處理方案，給出了其數(shù)字基帶處理原理框圖，并詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)過程中涉及的各種CDMA 關(guān)鍵技術(shù)及其軟硬件實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：CDMA2000；基帶信號(hào)發(fā)生器；FPGA；DSP

1引言

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)是為滿足人們對(duì)寬帶移動(dòng)通信的要求而產(chǎn)生的，他除能提供傳統(tǒng)的電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）以外還能提供最高達(dá)2 Mb/s的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。CDMA2000技術(shù)是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。本文主要探討基帶信號(hào)源中CDMA2000下行基帶信號(hào)模塊的實(shí)現(xiàn)方案。

CDMA2000下行鏈路物理信道分為2類：一類是公共物理信道，一類是專用物理信道。其中公用物理信道包括：導(dǎo)頻信道、同步信道、尋呼信道、廣播信道、快速尋呼信道、公共功率控制信道、前向公共控制信道、公共指配信道。專用物理信道包括：前向?qū)Ｓ幂o助導(dǎo)頻信道、專用控制信道、前向基本信道、前向補(bǔ)充碼分信道（RC1，RC2），前向補(bǔ)充信道（RC3~RC9）。CDMA2000下行信道基帶處理過程如圖1所示。

基本信息比特進(jìn)行信道編碼和交織處理后進(jìn)行長碼加擾以區(qū)分用戶，然后數(shù)據(jù)流進(jìn)行符號(hào)映射即將0變?yōu)?1，1變?yōu)?，經(jīng)變換后的數(shù)據(jù)流再進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，即將串行數(shù)據(jù)變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，再經(jīng)WALSH碼擴(kuò)頻（區(qū)分信道），最后數(shù)據(jù)經(jīng)基帶濾波形成前向基帶信號(hào)。

其中的信道編碼和交織進(jìn)行的處理又包括加1位的保留位或標(biāo)志位，加幀質(zhì)量指示（CRC），加8位尾比特或保留位，卷積/Turbo編碼和速率匹配等一系列操作。如圖2所示。

信道編碼和交織處理過程如圖2所示。在信息比特流加入了幀質(zhì)量指示（循環(huán)冗余校驗(yàn)比特）和糾錯(cuò)比特，實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積/Turbo編碼是為了對(duì)抗傳輸信道中的隨機(jī)誤差，提高信道傳輸性能。為了適應(yīng)多種速率傳輸，信道編碼方案中還增加了速率匹配功能。速率匹配是將傳輸信道上的數(shù)據(jù)比特打孔或重復(fù)，以便達(dá)到信道映射時(shí)傳輸格式要求的比特速率。在信道編碼中，采用交織技術(shù)可分散突發(fā)連續(xù)錯(cuò)誤，減少信道編碼需要校正的連續(xù)錯(cuò)誤，使連續(xù)誤碼離散化成隨機(jī)錯(cuò)誤以便利用前面的信道編碼手段糾正。

2CDMA2000下行鏈路基帶處理的關(guān)鍵技術(shù) 2.1卷積/Turbo編碼

卷積編碼屬于信道編碼，主要用來糾正碼元的隨機(jī)誤差，他以犧牲效率換取可靠性，利用增加監(jiān)督位進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，這對(duì)數(shù)字移動(dòng)通信十分必要。如圖3所示是編碼效率R=1 /2，約束長度K=9的卷積碼的原理框圖。

Turbo編碼是近年來倍受矚目的一項(xiàng)新技術(shù)，他是在卷積編碼、級(jí)聯(lián)碼和最大后驗(yàn)功率譯碼基礎(chǔ)上的一種推廣和創(chuàng)新,Turbo編碼后的誤碼率(BER)近似為10-5，接近Shannon極限的性能，他不僅在信噪比較低的高噪聲環(huán)境下性能優(yōu)越，而且具有很強(qiáng)的抗衰落、抗干擾能力。Turb o碼的優(yōu)良性能受到移動(dòng)通信領(lǐng)域特別是第三代移動(dòng)通信體制的重視，所有的第三代無線接口標(biāo)準(zhǔn)都采用了Turbo編碼。但因?yàn)門urbo編碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，所以他主要用于高速率數(shù)據(jù)信道，而卷積編碼用于低速率話音信道。如圖4為Turbo編碼的原理框圖。

2.2交織

對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行交織可以改善碼距分布。交織就是用某種一一對(duì)應(yīng)的確定性方法重新排列二進(jìn)制和非二進(jìn)制序列順序的過程，以此來隨機(jī)化突發(fā)錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)特性，使得信道無記憶。交織技術(shù)是為了抵抗無線信道的噪聲以及衰落的影響而采取的時(shí)間分集技術(shù)，他在接收技術(shù)中具有重要的作用，在編碼過程中采用交織算法是為了對(duì)信息流進(jìn)行糾錯(cuò)控制。交織技術(shù)分散了隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤，采用交織技術(shù)使成群錯(cuò)誤趨向更隨機(jī)地分布，改善了碼組的誤碼率性能。下面僅給出對(duì)于前向同步和尋呼信道以及業(yè)務(wù)信道在RC1和RC2配置下的交織器數(shù)據(jù)輸出地址的計(jì)算公式：

其中：Ai表示被讀出符號(hào)的地址，i=1,2,…，N1，N表示交織器長度；［x］表示向下取整；imod j表示i對(duì)j取模；BROm表示y的m位比特反轉(zhuǎn)值；m與j為交織器參數(shù)可查表得到。

2.3擾碼

擾碼技術(shù)即用PN碼與已擴(kuò)頻碼相乘，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的加密。擾碼之間必須有良好的正交性。上行鏈路物理信道加擾的作用是區(qū)分用戶，下行鏈路加擾可以區(qū)分小區(qū)和信道。42位長PN碼的特征多項(xiàng)式如下公式：

15位的PN短碼用于QPSK調(diào)制的I，Q支路的直接序列擴(kuò)頻，兩支路的短PN碼特征多項(xiàng)式分別為：

2.4擴(kuò)頻

擴(kuò)頻操作又叫信道化操作，即用一個(gè)高速數(shù)字序列(擴(kuò)頻碼)與數(shù)字信號(hào)相乘，把數(shù)據(jù)符號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列碼片，從而大大提高了數(shù)字符號(hào)的速率，增加了信號(hào)帶寬。由信號(hào)理論知道，脈沖信號(hào)寬度越窄，其頻譜就越寬，信號(hào)的頻帶寬度和脈沖寬度近似成反比，因此，越窄的脈沖序列被所傳信息調(diào)制，可產(chǎn)生頻帶很寬的信號(hào)。擴(kuò)頻碼序列就是很窄的脈沖序列。通過擴(kuò)頻操作信號(hào)頻譜被大大拓寬了。在常規(guī)通信中，為了提高頻率利用率，通常都是采用大體相當(dāng)帶寬的信號(hào)來傳輸信息，即在無線電通信中射頻信號(hào)的帶寬和所傳信息的帶寬是屬于同一個(gè)數(shù)量級(jí)的，但擴(kuò)頻通信的信號(hào)帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)100～1 000，屬于寬帶通信，這樣做是為了提高通信的抗干擾能力，這是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強(qiáng)。在接收端用與發(fā)送端完全相同的擴(kuò)頻碼序列來進(jìn)行解擴(kuò)。

2.5基帶濾波

基帶部分濾波器就是脈沖成形濾波器(LPF)。由于輸出信號(hào)是帶寬受限的，所以擴(kuò)頻調(diào)制器的輸出碼片流要利用脈沖成形濾波器進(jìn)行濾波。

2.6QPSK調(diào)制

QSPK正交調(diào)制器方框圖如圖5所示，他可以被看成是由2個(gè)BSPK 調(diào)制器構(gòu)成。輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)串/并變換，分成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性二電平信號(hào)I(t)和Q(t)，然后用載波分別進(jìn)行調(diào)制，相加后即得到QPSK信號(hào)。QPSK調(diào)制效率高，要求傳送途徑的信噪比低，非常適用于CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)。其原理框圖如圖5所示。

3CDMA2000下行鏈路處理模塊的實(shí)現(xiàn)

第一步在實(shí)現(xiàn)基帶模塊之前，首先必須根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的目標(biāo)確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)、協(xié)議要求。

第二步是根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行芯片的選擇，可供選擇的芯片包括DSP，F(xiàn)PGA 和單片機(jī)。其中，DSP 芯片可單獨(dú)完成整個(gè)基帶部分的處理，典型的以DSP為核心的基帶模塊的主要特點(diǎn) 是方便的可測量性、單個(gè)信道的低耗費(fèi)以及簡便的軟硬件升級(jí)性。也可選擇DSP與FPGA 搭配使用，F(xiàn)PGA+DSP結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，有較強(qiáng)的通用性，適于模塊化設(shè)計(jì)，從而能夠提高算法效率，同時(shí)其開發(fā)周期較短，系統(tǒng)易于維護(hù)和擴(kuò)展，適合于實(shí)時(shí)信號(hào)處理。采用不同的芯片進(jìn)行處理，會(huì)導(dǎo)致不同的系統(tǒng)性能，要得到最佳的系統(tǒng)性能，就必須在這一步確定最佳的芯片選擇搭配。

在完成第二步之后，就是總體設(shè)計(jì)確定軟硬件分工?；鶐K的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)2個(gè)方面。硬件設(shè)計(jì)首先要根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)算量的大小、對(duì)運(yùn)算精度的要求、系統(tǒng)成 本限制以及體積、功耗等要求選擇合適芯片。然后設(shè)計(jì)芯片的外圍電路及其他電路。軟件設(shè)計(jì)和編程主要根據(jù)系統(tǒng)要求和所選的芯片編寫相應(yīng)的匯編程序，若系統(tǒng)運(yùn)算量不大且有高級(jí)語言編譯器支持，也可用高級(jí)語言（如C語言）編程。由于現(xiàn)有的高級(jí)語言編譯器的效率還比不上手工編寫匯編語言的效率，因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中常采用高級(jí)語言和匯編語言的混合編程方法，即在算法運(yùn)算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運(yùn)算量不大的地方則采用高級(jí)語言。

硬件和軟件設(shè)計(jì)完成后，需進(jìn)行硬件和軟件的調(diào)試。軟件的調(diào)試一般借助于芯片開發(fā)工具，如軟件模擬器、開發(fā)系統(tǒng)或仿真器等。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進(jìn)行調(diào)試，如果沒有相應(yīng)的硬件仿真器，且硬件系統(tǒng)不是十分復(fù)雜，也可以借助于一般的工具進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后，對(duì)軟硬件進(jìn)行系統(tǒng)集成。最后，完成系統(tǒng)調(diào)試。實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示。

4結(jié)語

本設(shè)計(jì)的基帶信號(hào)發(fā)生器CDMA2000下行鏈路基帶模塊設(shè)計(jì)將移動(dòng)通信中的各種關(guān)鍵技術(shù)融為一體，形成具有整體性的CDMA數(shù)字基帶處理技術(shù)。在CDMA2000基帶設(shè)計(jì)過程中融入了軟件無線電的思想，提出了無線信號(hào)發(fā)生源CDMA2000無線傳輸技術(shù)的基帶處理方案，設(shè)計(jì)出信號(hào)源數(shù)字基帶處理的軟硬件實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)時(shí)運(yùn)用了FPGA+DSP這樣一種靈活的現(xiàn)代電子技術(shù)方案。參考文獻(xiàn)

［1］鄔國揚(yáng).CDMA數(shù)字蜂窩網(wǎng)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.［2］王文博.時(shí)分雙工CDMA移動(dòng)通信技術(shù)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001.［3］楊大成,樊鋼,楊鴻文,等.CDMA2000 技術(shù)［M］.北京:北京郵電大學(xué)出版社, 2000.［4］3GPP2 C.S0002A Version6.0 Physical Layer Standard for CDMA2000 S pread Spectrum Systems, Release A Virginia : Third Generation Partnership Pro ject 2,2002.作者：鄭國敏，王家禮，葉丹霞(西安電子科技大學(xué)陜西 西安710071)

第二篇：信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)（推薦）

模擬課程設(shè)計(jì)題

信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)能夠輸出正弦波、三角波和矩形波的信號(hào)源電路，電路形式自行選擇。輸出信號(hào)的頻率可通過開關(guān)進(jìn)行設(shè)定，具體要求如下：

（１）輸出信號(hào)的頻率范圍為100~800Hz，步進(jìn)為100Hz。（60分）

（２）要求輸出信號(hào)無明顯失真，特別是正弦波信號(hào)。（30分）

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：

（１）范圍滿足設(shè)計(jì)要求得滿分，否則酌情扣分。

（２）輸出信號(hào)無明顯失真可滿分，有明顯失真酌情扣分。

發(fā)揮部分（附加10分）：

進(jìn)一步擴(kuò)大輸出信號(hào)范圍和減小步進(jìn)頻率。

第三篇：開題報(bào)告, 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的信號(hào)發(fā)生器

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的信號(hào)發(fā)生器

一、課題來源及研究的目的和意義

1.1課題來源

教師虛擬。

1.2研究的目的及意義

本課題是基于單片機(jī)的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。研究本課題可以熟悉c語言，MATLAB及相關(guān)電子器件的功能和用法。通過對(duì)單片機(jī)硬件、軟件的設(shè)計(jì)，及硬件與軟件的聯(lián)調(diào)后可以進(jìn)一步熟悉相關(guān)的知識(shí)，提高利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

二、課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀分析

單片微型計(jì)算機(jī)，簡稱單片機(jī)，是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，只讀程序存儲(chǔ)器，輸入輸出電路等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)體積小，然而功能較完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。

單片機(jī)誕生20世紀(jì)70年代。當(dāng)時(shí)微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路也屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡單。1976年INTEL公司推出了MCS-48單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場。到了80年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，像INTEL公司的MCS-51系列。九十年代以后，單片機(jī)獲得了飛速的發(fā)展，世界各大半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)了功能更為強(qiáng)大的單片機(jī)。美國Microchip公司發(fā)布了一種完全不兼容MCS-51的新一代PIC系列單片機(jī)，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別它的產(chǎn)品只有33條精簡指令集吸引了不少用戶。1990年美國INTEL公司推出了80960超級(jí)32位單片機(jī)引起了計(jì)算機(jī)界的轟動(dòng)，產(chǎn)品相繼投放市場，成為單片機(jī)發(fā)展史上又一個(gè)重要的里程碑。我國的單片機(jī)應(yīng)用始于80年代，雖然發(fā)展迅速，但相對(duì)于世界市場我國的占有率還很低。到目前為止，由于我國的微電子技術(shù)和制造工藝都比較落后及國外單片機(jī)的競爭等原因，我國還沒有設(shè)計(jì)生產(chǎn)出自己的單片機(jī)。國內(nèi)的單片機(jī)目前注重的還只是低中檔的應(yīng)用，普遍采用的是8或16位的單片機(jī)，對(duì)宏單片機(jī)和DSP等高檔的應(yīng)用還處于初始階段。

Keil是一個(gè)優(yōu)秀的單片機(jī)C語言編譯器，他幾乎支持所有51系列的單片機(jī)的匯編語言，和c語言編程。

Keil Software 的8051開發(fā)工具提供以下程序，你可以用它們來編譯你的C源碼，匯編你的匯編源程序，連接和重定位你的目標(biāo)文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件，調(diào)試你的目標(biāo)程序。

Windows應(yīng)用程序uVision2是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它把項(xiàng)目管理，源代碼編輯，程序調(diào)試等集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中。

C51美國標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化C交叉編譯器從你的C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件。

?

A51宏匯編器從你的8051匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)文件。?

BL51連接/重定位器組合你的由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)文件，生成絕對(duì)目標(biāo)文件。?

LIB51庫管理器組合你的目標(biāo)文件，生成可以被連接器使用的庫文件。?OH51目標(biāo)文件到HEX格式的轉(zhuǎn)換器從絕對(duì)目標(biāo)文件創(chuàng)建Intel HEX 格式的文件。?

RTX-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡化了復(fù)雜和對(duì)時(shí)間要求敏感的軟件項(xiàng)目。?

軟件開發(fā)流程C運(yùn)行連接庫包含一些標(biāo)準(zhǔn)的子程序，如:格式化輸出，數(shù)字轉(zhuǎn)換，浮點(diǎn)運(yùn)算。?

由于程序的模塊結(jié)構(gòu)技術(shù)，使得現(xiàn)有的程序段可以很容易的包含到新的程序中去。?

ANSI 標(biāo)準(zhǔn)的C語言是一種豐常方便的，獲得廣泛應(yīng)用的，在絕大部分系統(tǒng)中都能夠很容易得到的語言。?

因此，如果需要，現(xiàn)有的程序可以很快地移植到其他的處理器上，節(jié)省投資。代碼優(yōu)化

C51是一個(gè)杰出的優(yōu)化編譯器，它通過很多步驟以確保產(chǎn)生的代碼是最有效率的（最小和/或最快）。編譯器通過分析初步的代碼 產(chǎn)生最終的最有效率的代碼序列，以此來保證你的C語言程序占用最少空間的同時(shí)運(yùn)行的快而有效。

C51編譯器提供9個(gè)優(yōu)化級(jí)別。每個(gè)高一級(jí)的優(yōu)化級(jí)別都包括比它低的所有優(yōu)化級(jí)別的優(yōu)化內(nèi)容。以下列出的是目前C51編譯器提供的所有優(yōu)化級(jí)別的內(nèi)容：常量折疊：在表達(dá)式及尋址過程中出現(xiàn)的常量被綜合為一個(gè)單個(gè)的常量。?跳轉(zhuǎn)優(yōu)化：采用反轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)或直接指向最終目的的跳轉(zhuǎn)，從而提升了程序的效率。?

啞碼消除：永遠(yuǎn)不可能執(zhí)行到的代碼將自動(dòng)從程序中剔除。?

寄存器變量：只要可能，局部變量和函數(shù)參數(shù)被放在CPU寄存器中，不需要為這些變量再分配存儲(chǔ)器空間。?

通過寄存器傳遞參數(shù)：最多三個(gè)參數(shù)通過寄存器傳遞。?

消除全局公用的子表達(dá)式：只要可能，程序中多次出現(xiàn)的相同的子表達(dá)式或地址計(jì)算表達(dá)式將只計(jì)算一次。?

合并相同代碼：利用跳轉(zhuǎn)指令，相同的代碼塊被合并。?

重復(fù)使用入口代碼：需要多次使用的共同代碼被移到子程序的前面以縮減代碼長度。?

公共塊子程序：需要重復(fù)使用的多條指令被提取組成子程序。指令被重新安排以最大化一個(gè)共用子程序的長度。

三、任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析

3.1課題的任務(wù)要求

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的要求運(yùn)用單片機(jī)系統(tǒng)控制產(chǎn)生多種波形，這些波形包括方波、三角波、鋸齒波、正弦波等。信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的波形的頻率、幅度均可調(diào)節(jié)。并可通過軟件任意改變信號(hào)的波形。

基本要求：

1.產(chǎn)生三種以上波形。如正弦波、三角波、矩形波等。

2.最大頻率不低于 500Hz。并且頻率可按一定規(guī)律調(diào)節(jié)，如周期按1T,2T,3T,4T或1T，2T，4T，8T變化。

3.幅度可調(diào)，峰峰值在0——5V之間變化。

擴(kuò)展要求：產(chǎn)生更多的頻率和波形。

3.2可行性分析

波形發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和電子實(shí)驗(yàn)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到需要不同頻率的正弦波、矩形波、三角波等信號(hào)作為信號(hào)源。目前國內(nèi)生產(chǎn)的波形發(fā)生器大部分是利用分立元件組成的，然后根據(jù)具體的需要加入積分電路等構(gòu)成正弦、矩形、三角等波形發(fā)生器。這種波形發(fā)生器輸出頻率范圍窄且電路設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)定比較繁瑣，其頻率的大小的測量往往需要通過硬件電路的切換來實(shí)現(xiàn)不同瀕率范圍值的測量，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、操作不便。且體積大，可靠性、準(zhǔn)確性都比較差，不能滿足科研、生產(chǎn)的要求。利用單片機(jī)芯片和外接少量的元器件，能制成質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)輕巧，價(jià)格低廉，用途廣泛的波形發(fā)生器。它既可以用坐一般低頻放大器頻響測試，失真分析、電路瞬態(tài)響應(yīng)測試、線性分析，也可以做成各種信號(hào)源。

在上述的基礎(chǔ)上，如利用單片機(jī)進(jìn)行控制，那么儀器的功能和準(zhǔn)確度將有一個(gè)飛躍，即成為多功能智能波形發(fā)生器，該儀器電路結(jié)構(gòu)簡單，雖然功能及性能指標(biāo)趕不上標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，但滿足一般的實(shí)驗(yàn)要求是不成問題的，并且其成本低、體積小，更容易被大家接受，而且還可作為電子產(chǎn)品維修人員的重要隨身設(shè)備之一。

四、需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路

本課題主要是設(shè)計(jì)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的信號(hào)發(fā)生器，運(yùn)用c語言編程進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用matlab進(jìn)行仿真。主要就是要確定所需要的信號(hào)的類型，有正弦波，三角波，方波等。

用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)的，能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。系統(tǒng)的應(yīng)具有下列特點(diǎn)：

(1)根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)獨(dú)立的部分。設(shè)計(jì)出軟件的總體結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)清晰、流程合理。

(2)要樹立結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，各功能程序模塊化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。

(3)建立正確的數(shù)學(xué)模型。即根據(jù)功能要求，描述各個(gè)輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是關(guān)系到系統(tǒng)好壞的重要因素。

(4)為提高軟件設(shè)計(jì)的總體效率，以簡明、直觀法對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述，在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。

(5)要合理分配系統(tǒng)資源，包括ROM、RAM、定時(shí)數(shù)器、中斷資源等。

(6)注意在程序的有關(guān)位置處寫上功能注釋，提高程序的可讀性。

(7)加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)，它是提高系統(tǒng)應(yīng)用可靠性的有利措施。

當(dāng)寫好了程序之后就是要設(shè)計(jì)matlab中的仿真過程，看是否符合要求，當(dāng)一切順利之后就燒到單片機(jī)內(nèi)，進(jìn)行實(shí)踐。

五、必須的工作條件及解決辦法

5.1開發(fā)環(huán)境

操作系統(tǒng)：Windows XP。

應(yīng)用軟件：MATLAB7.0，keil C 5.2開發(fā)工具

C言是1972年由美國的Dennis Ritchie設(shè)計(jì)發(fā)明的，并首 次在UNIX操作系統(tǒng)的 DEC PDP-11 計(jì)算機(jī)上使用。它由早期的編程語言BCPL(Basic Combind Programming Language)發(fā)展演變而來，在1970年,AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的Ken Thompson根據(jù)BCPL語言設(shè)計(jì)出較先進(jìn)的并取名為B的語言,最后導(dǎo)致了C語言的問世。

隨著微型計(jì)算機(jī)的日益普及,出現(xiàn)了許多C語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 使得這些C語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況,美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究所(ANSI)為C語言制定了一套ANSI標(biāo)準(zhǔn)，成為現(xiàn)行的C語言標(biāo)準(zhǔn)。C語言是世界上流行、使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言之一。在操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語言，許多大型應(yīng)用軟件都是用C語言編寫的。C語言具有繪圖能力強(qiáng)，可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語言。

六、工作方案及進(jìn)度計(jì)劃

第1周——第3周：閱讀相關(guān)參考資料，并做好課題的需求分析。

第4周——第6周：根據(jù)相關(guān)的參考資料，設(shè)計(jì)課題的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

第7周——第8周：完成開題報(bào)告的寫作。

第9周——第10周：信號(hào)發(fā)生器控制原理熟悉,總體方案的擬定。

第11周——第13周：信號(hào)發(fā)生器模塊的軟件編程和設(shè)計(jì)。

第14周——第16周：系統(tǒng)軟件調(diào)試以及軟件的模擬仿真，從而不斷完善設(shè)計(jì)。第17周——第18周：論文交指導(dǎo)教師和評(píng)閱教師評(píng)閱，定終稿。

第19周——第20周： 準(zhǔn)備答辯。

七、參考文獻(xiàn)

[1]余永權(quán)，李小青，陳林庚.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù).[M]北京航空航天大學(xué)出版社，1992.[2]邵時(shí)，沈建華，王榮良.微機(jī)接口與通信實(shí)踐教程[M].華東師范大學(xué)出版社，1997.[3]張毅剛，修林成，胡振江.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾冰工業(yè)大學(xué)出版社，1992

[4]盛琳陽，孫菊江.微型計(jì)算機(jī)原理[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2000

[5]程全.基于AT89C52實(shí)現(xiàn)的多種波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.[6]周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.[7]劉樂善.微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：航空航天大學(xué)出版社，2001.[8]童詩白.模擬電路技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2000.[9]陳慈發(fā).微型計(jì)算機(jī)技術(shù)[M].高等教育出版社，2005.[10]汪文.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]，華中科技大出版社，2007.[11]張洪潤.單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)200例[M]，航空航天大學(xué)出版社，2006.[12]孫傳友，孫曉斌.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2002.[13]陳海宴.51單片機(jī)原理及應(yīng)用—基于keil C與Proteus[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007.[14]徐愛鈞.Keil Cx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語言編程與u Vision2應(yīng)用實(shí)踐[M].電子工業(yè)出版

社，2004

[15]徐愛鈞.單片機(jī)高級(jí)語言C51 Windows環(huán)境編程與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2000

[16]馬忠梅.單片機(jī)的c語言程序設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007

[17]汪文.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].華中科技大出版社，2007.[18]馬剛.用Proteus和Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬仿真平臺(tái)[M]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2006.[19]寧成軍.基于Proteus和Keil接口的單片機(jī)外圍硬件電路仿真[M]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2006.[20]朱善君.單片機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用[M]，清華大學(xué)出版社，2005.

第四篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器論文

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

系別：電子工程系 專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù) 屆：XX屆 姓名：XXX 摘 要

本系統(tǒng)以ICL8038集成塊為核心器件，制作一種函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，制作成本較低。適合學(xué)生學(xué)習(xí)電子技術(shù)測量使用。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路，只需要個(gè)別的外部元件就能產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)制信號(hào)輸入端，所以可以用來對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制。

關(guān)鍵詞 ICL8038，波形，原理圖，常用接法

一、概述

在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域，經(jīng)常需要用到各種各樣的信號(hào)波形發(fā)生器。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可很方便地構(gòu)成各種信號(hào)波形發(fā)生器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有了很大的提高。

二、方案論證與比較

2.1·系統(tǒng)功能分析

本設(shè)計(jì)的核心問題是信號(hào)的控制問題，其中包括信號(hào)頻率、信號(hào)種類以及信號(hào)強(qiáng)度的控制。在設(shè)計(jì)的過程中，我們綜合考慮了以下三種實(shí)現(xiàn)方案：

2.2·方案論證

方案一∶采用傳統(tǒng)的直接頻率合成器。這種方法能實(shí)現(xiàn)快速頻率變換，具有低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高，而且容易產(chǎn)生過多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。

方案二∶采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需要頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需要頻率信號(hào)，抑制雜散分量，并且避免了量的濾波器，有利于集成化和小型化。但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長。而且，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)，如幅度、頻率 相信都很難控制。

方案三：采用8038單片壓控函數(shù)發(fā)生器，8038可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、方波和三角波。改變8038的調(diào)制電壓，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控調(diào)節(jié)，其振蕩范圍為0.001Hz～300KHz。

三、系統(tǒng)工作原理與分析

3.1、ICL8038的應(yīng)用

ICL8038是精密波形產(chǎn)生與壓控振蕩器，其基本特性為：可同時(shí)產(chǎn)生和輸出正弦波、三角波、鋸齒波、方波與脈沖波等波形；改變外接電阻、電容值可改變，輸出信號(hào)的頻率范圍可為0.001Hz～300KHz；正弦信號(hào)輸出失真度為1%；三角波輸出的線性度小于0.1%；占空比變化范圍為2%～98%；外接電壓可以調(diào)制或控制輸出信號(hào)的頻率和占空比（不對(duì)稱度）；頻率的溫度穩(wěn)定度（典型值）為120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；對(duì)于電源，單電源（V+）：+10～+30V，雙電源（+V）（V-）：±5V～±15V。圖1-2是管腳排列圖，圖1-2是功能框圖。8038采用DIP-14PIN封裝，管腳功能如表1-1所示。

3.2、ICL8038內(nèi)部框圖介紹

函數(shù)發(fā)生器ICL8038的電路結(jié)構(gòu)如圖虛線框內(nèi)所示（圖1-1），共有五個(gè)組成部分。兩個(gè)電流源的電流分別為IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；兩個(gè)電壓比較器Ⅰ和Ⅱ的閾值電壓分別為 和，它們的輸入電壓等于電容兩端的電壓uC，輸出電壓分別控制RS觸發(fā)器的S端和 端；RS觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端Q和 用來控制開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容C的充、放電；充點(diǎn)電流Is1、Is2的大小由外接電阻決定。當(dāng)Is1=Is2時(shí)，輸出三角波，否則為矩尺波。兩個(gè)緩沖放大器用于隔離波形發(fā)生電路和負(fù)載，使三角波和矩形波輸出端的輸出電阻足夠低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力；三角波變正弦波電路用于獲得正弦波電壓。

3.3、內(nèi)部框圖工作原理

★當(dāng)給函數(shù)發(fā)生器ICL8038合閘通電時(shí)，電容C的電壓為0V，根據(jù)電壓比較器的電壓傳輸特性，電壓比較器Ⅰ和Ⅱ的輸出電壓均為低電平；因而RS觸發(fā)器的，輸出Q=0，；

★使開關(guān)S斷開，電流源IS1對(duì)電容充電，充電電流為

IS1=I

因充電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長而線性上升。

★當(dāng)上升為VCC/3時(shí)，電壓比較器Ⅱ輸出為高電平，此時(shí)RS觸發(fā)器的，S=0時(shí)，Q和 保持原狀態(tài)不變。

★一直到上升到2VCC/3時(shí)，使電壓比較器Ⅰ的輸出電壓躍變?yōu)楦唠娖剑藭r(shí)RS觸發(fā)器的 時(shí)，Q=1時(shí)，導(dǎo)致開關(guān)S閉合，電容C開始放電，放電電流為IS2-IS1=I因放電電流是恒流，所以，電容上電壓uC隨時(shí)間的增長而線性下降。

起初，uC的下降雖然使RS觸發(fā)的S端從高電平躍變?yōu)榈碗娖?，但，其輸出不變?/p>

★一直到uC下降到VCC/3時(shí)，使電壓比較器Ⅱ的輸出電壓躍變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)，Q=0，使得開關(guān)S斷開，電容C又開始充電，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

由于充電電流與放電電流數(shù)值相等，因而電容上電壓為三角波，Q和 為方波，經(jīng)緩沖放大器輸出。三角波電壓通過三角波變正弦波電路輸出正弦波電壓。

結(jié)論：改變電容充放電電流，可以輸出占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。但是，當(dāng)輸出不是方波時(shí)，輸出也得不到正弦波了。

3.4、方案電路工作原理（見圖1-7）

當(dāng)外接電容C可由兩個(gè)恒流源充電和放電，電壓比較器Ⅰ、Ⅱ的閥值分別為總電源電壓（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，但必須I2＞I1。當(dāng)觸發(fā)器的輸出為低電平時(shí)，恒流源I2斷開，恒流源I1給C充電，它的兩端電壓UC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)達(dá)到電源電壓的確2/3時(shí)，電壓比較器I的輸出電壓發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，恒流源I2接通，由于I2＞I1（設(shè) I2=2I1），I2將加到C上進(jìn)行反充電，相當(dāng)于C由一個(gè)凈電流I放電，C兩端的電壓UC又轉(zhuǎn)為直線下降。當(dāng)它下降到電源電壓的1/3時(shí)，電壓比較器Ⅱ輸出電壓便發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出為方波，經(jīng)反相緩沖器由引腳9輸出方波信號(hào)。C上的電壓UC，上升與下降時(shí)間相等（呈三角形），經(jīng)電壓跟隨器從引腳3輸出三角波信號(hào)。將三角波變?yōu)檎也ㄊ墙?jīng)過一個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)（正弦波變換器）而得以實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)非線性網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)三角波的兩端變?yōu)槠交恼也ǎ瑥?腳輸出。

其中K1為輸出頻段選擇波段開關(guān)，K2為輸出信號(hào)選擇開關(guān)，電位器W1為輸出頻率細(xì)調(diào)電位器，電位器W2調(diào)節(jié)方波占空比，電位器W3、W4調(diào)節(jié)正弦波的非線性失真。

圖1-1

3.5、兩個(gè)電壓比較器的電壓傳輸特性如圖1-4所示。

圖1-4

3.6、常用接法

如圖（1-2）所示為ICL8038的引腳圖，其中引腳8為頻率調(diào)節(jié)（簡稱為調(diào)頻）電壓輸入端，電路的振蕩頻率與調(diào)頻電壓成正比。引腳7輸出調(diào)頻偏置電壓，數(shù)值是引腳7與電源+VCC之差，它可作為引腳8的輸入電壓。如圖（1-5）所示為ICL8038最常見的兩種基本接法，矩形波輸出端為集電極開路形式，需外接電阻RL至+VCC。在圖(a)所示電路中，RA和RB可分別獨(dú)立調(diào)整。在圖(b)所示電路中，通過改變電位器RW滑動(dòng)的位置來調(diào)整RA和RB的數(shù)值。

圖1-5

當(dāng)RA=RB時(shí)，各輸出端的波形如下圖(a)所示，矩形波的占空比為50％，因而為方波。當(dāng)RA≠RB時(shí)，矩形波不再是方波，引腳2輸出也就不再是正弦波了，圖(b)所示為矩形波占空比是15%時(shí)各輸出端的波形圖。根據(jù)ICL8038內(nèi)部電路和外接電阻可以推導(dǎo)出占空比的表達(dá)式為

故RA<2RB。

為了進(jìn)一步減小正弦波的失真度，可采用如圖（1-6）所示電路，電阻20K與電位器RW2用來確定8腳的直流電壓V8，通常取V8≥2/3Vcc。V8越高，Ia、Ib越小，輸出頻率越低，反之亦然。RW2可調(diào)節(jié)的頻率范圍為20HZ20~KHZ。V8還可以由7腳提供固定電位，此時(shí)輸出頻率f0僅有Ra、Rb及10腳電容決定，Vcc采用雙對(duì)電源供電時(shí)，輸出波形的直流電平為零，采用單對(duì)電源供電時(shí)，輸出波形的直流電平為Vcc/2。兩個(gè)100kΩ的電位器和兩個(gè)10kΩ電阻所組成的電路，調(diào)整它們可使正弦波失真度減小到0.5%。在RA和RB不變的情況下，調(diào)整RW2可使電路振蕩頻率最大值與最小值之比達(dá)到100:1。在引腳8與引腳6之間直接加輸入電壓調(diào)節(jié)振蕩頻率，最高頻率與最低頻率之差可達(dá)1000:1。

3.7、實(shí)際線路分析

可在輸出增加一塊LF35雙運(yùn)放，作為波形放大與阻抗變換，根據(jù)所選擇的電路元器件值，本電路的輸出頻率范圍約10HZ～20KHZ；幅度調(diào)節(jié)范圍：正弦波為0～12V，三角波為0～20V，方波為0～24V。若要得到更高的頻率，還可改變?nèi)龣n電容的值。

圖1-6

表 1-1 ISL8038管腳功能

管 腳 符 號(hào) 功 能

1，12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形調(diào)整端。通常SINADJ1開路或接直流電壓，SINADJ2接電阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和減小失真。SINOUT 正弦波輸出TRIOUT 三角波輸出

4，5 DFADJ1，DFADJ2 輸出信號(hào)重復(fù)頻率和占空比（或波形不對(duì)稱度）調(diào)節(jié)端。通常DFADJ1端接電阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改變阻值可調(diào)節(jié)頻率和占空比。V+ 正電源 FMBIAS 調(diào)頻工作的直流偏置電壓FMIN 調(diào)頻電壓輸入端SQOUT 方波輸出 C 外接電容到V-端，用以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的頻率與占空比V-負(fù)電源端或地

13，14 NC 空腳

四、制作印刷電路板

首先，按圖制作印刷電路板，注意不能有斷線和短接，然后，對(duì)照原理圖和印刷電路板的元件而進(jìn)行元件的焊接?？筛鶕?jù)自己的習(xí)慣并遵循合理的原則，將面板上的元器件安排好，盡量使連接線長度減少，變壓器遠(yuǎn)離輸出端。再通電源進(jìn)行調(diào)試，調(diào)整分立元件振蕩電路放大元件的工作點(diǎn)，使之處于放大狀態(tài)，并滿足振幅起振條件。仔細(xì)檢查反饋條件，使之滿足正反饋條件，從而滿足相位起振條件。

制作完成后，應(yīng)對(duì)整機(jī)進(jìn)行調(diào)試。先測量電源支流電壓，確保無誤后，插上集成快，裝好連接線。可以用示波器觀察波形發(fā)出的相應(yīng)變化，幅度的大小和頻率可以通過示波器讀出。

五、系統(tǒng)測試及誤差分析

5.1、測試儀器

雙蹤示波器 YB4325(20MHz)、萬用表。

5.2、測試數(shù)據(jù)

基本波形的頻率測量結(jié)果

頻率/KHz

正弦波 預(yù)置 0.01 0.02 2 20 50 100

實(shí)測 0.0095 0.0196 2.0003 20.0038 50.00096 100.193 方波 預(yù)置 0.01 0.02 2 20 50

實(shí)測 0.095 0.0197 1.0002 2.0004 20.0038 三角波 預(yù)置 0.01 0.02 1 2 20 100

實(shí)測 0.0095 0.0196 1.0002 2.0004 20.0038 100.0191 5.3、誤差分析及改善措施

正弦波失真。調(diào)節(jié)R100K電位器RW4，可以將正弦波的失真減小到1%，若要求獲得接近0.5%失真度的正弦波時(shí)，在6腳和11腳之間接兩個(gè)100K電位器就可以了。

輸出方波不對(duì)稱，改變RW3阻值來調(diào)節(jié)頻率與占空比，可獲得占空比為50%的方波，電位器RW3與外接電容C一起決定了輸出波形的頻率，調(diào)節(jié)RW3可使波形對(duì)稱。

沒有振蕩。是10腳與11腳短接了，斷開就可以了

產(chǎn)生波形失真，有可能是電容管腳太長引起信號(hào)干擾，把管腳剪短就可以解決此問題。也有可能是因?yàn)?030功率太大發(fā)熱導(dǎo)致波形失真，加裝上散熱片就可以了。

5.4、調(diào)試結(jié)果分析

輸出正弦波不失真頻率。由于后級(jí)運(yùn)放上升速率的限制，高頻正弦波（f>70KHz）產(chǎn)生失真。輸出可實(shí)現(xiàn)0.2V步進(jìn)，峰-峰值擴(kuò)展至0～26V。

圖1-2

圖 1?7

六、結(jié)論

通過本篇論文的設(shè)計(jì)，使我們對(duì)ICL8038的工作原理有了本質(zhì)的理解，掌握了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備。可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號(hào)質(zhì)量好，精度高。系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

七、參考文獻(xiàn)

【1】謝自美《電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試（第三版）》武漢：華中科技大學(xué)出版社。2000年7月

【2】楊幫文《新型集成器件家用電路》北京：電子工業(yè)出版社，2002.8

【3】第二屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì)。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編。北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.【4】李炎清《畢業(yè)論文寫作與范例》廈門：廈門大學(xué)出版社。2006.10

【5】潭博學(xué)、苗江靜《集成電路原理及應(yīng)用》北京：電子工業(yè)出版社。2003.9 【6】陳梓城《家用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試》北京：中國電力出版社。2006

第五篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)書

目錄

一、設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求............................................................................二、已知條件...................................................................三、函數(shù)發(fā)生器的具體方案...................................................................1 總的原理框圖及總方案..............................................................2 各組成部分工作原理..................................................................3總電路圖........................................................................................四、電路的參數(shù)選擇與仿真.................................................................五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析..............................................................附錄:電

路

原

理

和

元

器

件

列表..........................................................................................一． 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求

1.設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)方波—三角波—正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 2.設(shè)計(jì)目的

（1）鞏固和加深對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力。

（2）培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍,查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會(huì)自己分析并解決問題的方法。

（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件；初步掌握簡單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。

（4）了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫設(shè)計(jì)說明書，正確地反映設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖等。

（5）培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。

3.性能指標(biāo)要求

（1）輸出波形：正弦波、方波、三角波等；（2）頻率范圍：10Hz～500Hz；

（3）輸出電壓：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V； 波形特征：方波tr<100μS，三角波失真系數(shù)THD<2%，正弦波失真系數(shù)THD<5%。

二、已知條件：

雙運(yùn)放358一只、三極管3DG6四只（β約為60）

三、函數(shù)發(fā)生器的具體方案

1.總的原理框圖及總方案

圖1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理圖

多波形信號(hào)發(fā)生器方框圖如圖1所示。

本課題采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。并采用先產(chǎn)生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法：

由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。設(shè)計(jì)差分放大器時(shí)，傳輸特性曲線要對(duì)稱、線性區(qū)要窄，輸入的三角波的的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

2.各組成部分的工作原理

2.1 方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理

圖2 方波-三角波轉(zhuǎn)換電路

圖2為方波-三角波轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器用雙運(yùn)放uA741。

工作原理如下：

若a點(diǎn)斷開，運(yùn)算發(fā)大器A1（左）與R1、R2及R3、RP1組成電壓比較器，C1為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)。運(yùn)放A2（右）與R4、RP2、C2及R5組成反相積分器，其輸入信號(hào)為方波Uo1,則積分器的輸出電壓Uo2為

UO2??1UO1dt

(R4?RP2)C2??(?VCC)?VCCt?t

(R4?RP2)C2(R4?RP2)C2VCC?(?VEE)t?t

(R4?RP2)C2(R4?RP2)C

2當(dāng)UO1??VCC時(shí)，UO2? 當(dāng)UO1??VEE時(shí)，UO2?由此可見積分器在輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速度與下降速度相等的三角波，其波形關(guān)系如下圖3所示

圖3 方波--三角波波形關(guān)系

若a點(diǎn)閉合，即比較器與積分器首尾相連，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。

三角波的幅度為：UO2m?R2VCC

R3?RP1R3?RP1

4R2(R4?RP2)C2方波-三角波的頻率f為： f?

由以上兩式可以得到以下結(jié)論：

1.電位器RP2在調(diào)整方波-三角波的輸出頻率時(shí)，不會(huì)影響輸出波形的幅度。若要求輸出頻率的范圍較寬，可用C2改變頻率的范圍，PR2實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)。

2.方波的輸出幅度應(yīng)等于電源電壓+Vcc。三角波的輸出幅度應(yīng)不超過電源電壓+Vcc。電位器RP1可實(shí)現(xiàn)幅度微調(diào)，但會(huì)影響方波-三角波的頻率。

2.2 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路工作原理

圖4 三角波—正弦波轉(zhuǎn)換電路

圖（4）為實(shí)現(xiàn)三角波—正弦波變換的電路。其中Rp3調(diào)節(jié)三角波的幅度，Rp4調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來減小差分放大器的線性區(qū)。電容C3,C4,C5為隔直電容，C6為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。三角波-正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成。差分放大器采用單入單出方式。三角波-正弦波波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

差分放大器傳輸特性曲線的非線性及三角波-正弦波變換原理如下圖：

圖5 三角波-正弦波變換原理

分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為：

IC2?aIE2?aI0aI0I?aI?

C1E11?eUid/UT1?e?Uid/UT上式中：a?IC/IE?1；I0—差分放大器的恒定電流；

UT—溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25℃時(shí)，UT≈26mV。

如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為

UidT???4Um?T?0?t?t?????T?4?2??????

??4Um?t?3T?T?????t?T???4???T?2?式中：Um—三角波的幅度；T—三角波的周期。

為使輸出波形更接近正弦波，由圖5可知：（1）傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好；

（2）三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。

3.總電路圖

整個(gè)設(shè)計(jì)電路如圖6所示：

圖6 方波—三角波—正弦波函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

四、電路的參數(shù)選擇與電路仿真

本課題采用Multisim 7作為仿真軟件。

Multisim是Interactive Image Technologies(Electronics Workbench)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

Multisim 7通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路；通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為；借助高級(jí)電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征；本課題使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。

1.方波--三角波部分

參數(shù)選擇：取才C2=0.47μ

F，C2的取值很重要，按照你電阻的值，要取相應(yīng)的值，取值不對(duì)，會(huì)直接影響到你波形輸出與否。

調(diào)節(jié)RP1和RP2，微調(diào)Rp1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)要求，調(diào)節(jié)Rp2，則輸出頻率在對(duì)應(yīng)波段內(nèi)連續(xù)可變。

方波-三角波電路的仿真：

在Multisim 7中按方波-三角波轉(zhuǎn)換電路圖（圖2）接線。調(diào)節(jié)Rp1和Rp2到設(shè)定值，檢查無誤后，在正確位置接上示波器觀察輸出波形。

仿真電路圖如下：

圖7 方波—三角波仿真電路圖 2.三角波--正弦波部分

參數(shù)選擇：C4=470Μf,C5=C6=0.1μF；R6= 5.1KΩ（R6阻值只要大于5）

三角波--正弦波電路的仿真：

在Multisim 10.1中按方波-三角波轉(zhuǎn)換電路圖（圖4）接線。保證參數(shù)正確，檢查無誤后，在正確位置接上示波器觀察輸出波形。

仿真電路圖如下：

圖8 三角波—正弦波仿真電路圖

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖如下：

圖9 方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器仿真電路圖

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器電路是分成兩個(gè)部分來做的，先做方波—三角波產(chǎn)生電路，再做三角波—正弦波變換電路，然后把兩張圖用線連接成一張完整的大圖。

方波—三角波產(chǎn)生電路中的C1其實(shí)可以去掉不要的，如果要用的話，取值要比較小，這樣才不會(huì)影響電路。我的RP2的阻值是200Ω，開始設(shè)置的C2是0.1μF，但是總是出不來波形，后來老師說，C2的值太小了。經(jīng)過我多次的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)0.47μF是最為合適的。最后還要調(diào)節(jié)RP1和RP2，確保頻率范圍為10Hz～500Hz。

三角波—正弦波變換電路中C1=470μF，C5=C6=0.1μF，R6=5.1KΩ。R6開始設(shè)的值是3.3KΩ，然后仿真就是沒有波形出來，問了同學(xué)，研究了一會(huì)兒，也才知道，R6的阻值必須要大于5KΩ，這樣之后才有波形出來了。最后還是一樣的，調(diào)節(jié)Rb1,，測試頻率范圍。

最后當(dāng)兩張圖連在一起之后，不僅要看波形，還要測試輸出電壓：方波Up-p<=24V,三角波Up-p>10V,正弦波U>1.5V。當(dāng)一切要求都滿足之后，所有的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)就完成了。

像做這種實(shí)驗(yàn)，要的必須是耐心，還有朋友的幫助，老師的指導(dǎo)，必須做到齊心協(xié)力，否則成功的幾率是非常小的。

附錄1：電路原理圖

附錄二：元器件清單

直流穩(wěn)壓電源：一臺(tái) 低頻信號(hào)發(fā)生器：一臺(tái) 低頻毫伏表：一臺(tái) 雙蹤示波器：一臺(tái) 萬用表：一塊 晶體管圖示儀：一臺(tái) 失真度測試儀：一臺(tái) 電阻：100Ω：1個(gè)

1KΩ：2個(gè)

2KΩ：2個(gè)

3.3KΩ：1個(gè)

5.1KΩ：3個(gè)

10KΩ：3個(gè)

KΩ:2個(gè) 滑動(dòng)變阻器：47KΩ：2個(gè)

200KΩ：一個(gè)

1KΩ：一個(gè) 電容：0.1μF：兩個(gè)

0.47μF：一個(gè)

10μF：一個(gè)

470μF：一個(gè)

三極管3DG6:四個(gè) 雙運(yùn)放358：一只