波形发生器设计

波形发生器亦称函数发生器，作为实验信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。

波形发生器一般是指能自动产生方波、三角波、正弦波等电压波形的电路。产生方波、三角波、正弦波的方案有多种，如先产生正弦波，再通过运算电路将正弦波转化为方波，经过积分电路将其转化为三角波，或者是先产生方波-三角波，再将三角波变为正弦波。本课程所设计电路采用第二种方法，利用集成运放构成的比较器和电容的充放电，实现集成运放的周期性翻转，从而在输出端产生一个方波。再经过积分电路产生三角波，最后通过正弦波转换电路形成正弦波。

一、设计要求：

（1）       设计一套函数信号发生器，能自动产生方波、三角波、正弦波等电压波形；

（2）       输出信号的频率要求可调；

（3）       根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；

（4）       在面包板上搭出电路，最后在电路板上焊出来；

（5）       测出静态工作点并记录；

（6）       给出分析过程、电路图和记录的波形。

扩展部分：

（1）产生一组锯齿波，频率范围为10Hz~100Hz，；

（2）将方波—三角波发生器电路改成矩形波—锯齿波发生器，给出设计电路，并记录波形。

二、技术指标

（1）       频率范围：100Hz~1kHz,1kHz~10kHz；

（2）       输出电压：方波，三角波，正弦波；

（3）       波形特性：方波 (1kHz，最大输出时)，三角波，正弦波y~<2%。

三、选材：

元器件：ua741 2个，3DG130 4个，电阻，电容，二极管

仪器仪表：

直流稳压电源，电烙铁，万用表和双踪示波器

四、方案论证

   方案一：用RC桥式正弦波振荡器产生正弦波，经过滞回比较器输出方波，方波在经过积分器得到三角波。

方案二：用ICL8038函数发生器可以同时产生方波、三角波和正弦波。当调节外部电路参数时，还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。

方案三：用滞回比较器的开关作用和具有延时作用的RC反馈网络构成多谐振荡器，用积分电路将方波转换成三角波，用分立元件三极管、电容、电位器和电阻搭成差分放大器，三角波经过差分放大器可转换成正弦波。

论证：方案一的特点是采用RC串并联网络作为选频和反馈网络，其震荡频率为，改变RC的值，可以得到不同频率的正弦波信号输出。为了让电压稳定，需采用稳幅措施。它的缺点是结构复杂且不好调试，不能很快地得到电路波形。方案二可以同时产生方波、三角波和正弦波，它的信号发生器电路简单、调整方便。方案三介于方案一和方案二之间，它的设计电路比方案一简单但比方案二复杂，电路引起的失真也介于两者之间。虽然比较之下方案二最是简单和易于实现所要的波形，但考虑到此次课程设计的意义在于使我们能更好地将所学实践起来，我们所采取的电路是方案三，既对同学的能力能有所体现，电路实验本身也是有些难度的。

以下是方案三函数发生器的组成框图：

 

1.方波发生电路

因为方波电压只有两种状态，不是高电平就是低电平。所以电压比较器是它的重要组成部分。它由反向输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现使输出状态自动地相互转换。如图所示的方波发生电路，以Ua741构成滞回比较器，有

 

当>0时，A1输出为正；当<0时，A1输出为负。

2.方波—三角波发生电路：

三角波电路波形可以通过积分电路实现，把方波电压作为积分电路的输入，在积分运算电路的输出就得到了三角波。在方波-三角波发生电路中，以A2（ua741）作为反向积分器，当A1输出的Vo1为正时，积分运算电路的输出电压Vo2将线性下降，当A1输出的Vo1为负时，Vo2将线性上升.利用叠加定理可得：

    

            

积分器的输出为

时，  

 时，

3.三角波—正弦波发生电路

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。

 

4.总的电路图

五、参数计算

方波-三角波的频率：

三角波的幅度： 

方波—三角波的频率：

取=10KΩ，=20KΩ，=47KΩ。平衡电阻≈ 10KΩ 。

当100Hz<=f<=1kHz时，取=0.1uF，=5.1KΩ，=100KΩ。当1kHz<=f<=10kHz时，=0.01uF。

三角波—正弦波的参数选择原则是：隔直电容、、要取得较大，因为输出频率很低，取为470uF，滤波电容的取值为1uF。=100Ω与=100Ω并联，以减小差分放大器的线性区。 

六、安装调试

1.由于比较器A1与A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路可以同时安装。

2.在面包板上和最后焊在电路板上时注意芯片以及三极管的各引脚的接线；

3.按图接电源线，注意直流源的正负极和接地端；

4.电位器可调整方波—三角波的的输出幅度，即峰峰值。在用电位器调整方波—三角波的输出频率时，一般不会影响输出波形的幅度；

5．观察示波器，各指标达到要求后进行下个部分的安装；

6.在三角波—正弦波发生电路部分，给定输入的三角波横为6V，在其它条件不变的情况下，发现当电容用104时，输出的正弦波有明显的失真，于是我们将电容改用105，再调整电位器和，使得正弦波的失真最小，波形呈现比较好的状态。

实验输出的波形如下：

（1）100Hz到1KHz

   

                                                                                    f=184.55Hz，T=5.480ms

   

方波

=5.00V*4.3=21.5V                                               三角波

f=184.95Hz

T=2.50ms*2.1=5.5ms

    三角波

=1.00V*6.0=6.00V

f=184.95Hz

T=2.5ms*2.1=5.5ms

正弦波

=0.2V*6.4=1.28V

f=153.85Hz

    T=2.5*2.6=6.5ms

(2)1KHz到10KHz

                                                                                                          

方波

=5.00V*4.5=22.5V                                               三角波

f=1.519KHz

T=500us*1.4=700us

                                                                                                           

      

三角波

=2.00V*3=6.00V                                                  三角波

f=1.519Hz

T=500us*1.4=700us

正弦波

=200mV*2.6=0.512V                                            三角波

f=1.519KHz

T=500us*2.5=1250us

扩展部分：

锯齿波

=2.00V*3.0=6.0V

f=23.1318Hz

T=25.0ms*1.6=40ms

矩形波

=5.00V*4.4=22.0V

f=23.1318Hz

T=25.0ms*1.7=42.5ms

七、小结

本次课程设计在老师的带领下使我学会了好多知识，也提高了我的动手能力。在初次看到任务书的时候我头很大，因为我不知从何下手，只能硬着头皮来。好在有老师和同学们的热心指导，我把模电书本拿来重新翻看，复习其中的知识点，对模电的认识有了新的认识。

在这次课程设计中，我主要的工作是搭面包板和对电路的调试。搭面包板的时候因为对ua741的引脚功能不了解，不知道要怎么接电阻，就请教了同学，很快就弄清楚了。搭好的时候波形却没有出来，经过反复查看也看出哪里有问题，只好再搭。后来才知道原来是电源没接好。经过多次搭建以及和伙伴的调试，波形出来了，要求也达到了，就是正弦波有些微的失真。于是我们进入下一个环节——焊电路板。电路板是小伙伴负责焊的，我在旁边看她有没有哪里没焊好。对焊电路，我认为一定要记得哪个器件对应电路图上的哪个器件以及电路板上该接在一起的不该接在一起的要清清楚楚才行，否则焊好的时候会搞不清楚自己该从哪里下手调整。我们先把方波—三角波部分焊出来了。焊好以后就接电源，输出波形，通过调整电位器，以及检查电路更换电阻，最终波形都达到了要求。然后就是焊最后一部分的电路。我们焊好以后接通电源，把三角波调到峰峰值为6V，当用104的时候（100Hz~1KHz）波形的失真能调到很小，但用103的时候（1KHz~10KHz）就不行了，于是我们经过分析，把换成了105，发现正弦波的失真情况好多了，而电容C1改用104的时候正弦波的失真也很小。真是太好了。做完这些，我们开始测静态工作点。最后，还有时间，经过查阅资料，我在电位器的两边并了一个二极管，通过调整电位器把矩形波和锯齿波做了出来。但是锯齿波的峰峰值怎么都调不到8V。要想把锯齿波的峰峰值调到8V，就要重新计算各个电阻的取值以及电位器的取用。我们最终没能达到这个要求。

从课本的理论知识到亲身动手的过程一开始很难，但后来就感到慢慢的有趣了。我懂得了理论知识的重要性，在实际操作中也学到了要自己把问题解决，实在自己搞不定就多问问老师和同学。感谢老师和同学们的帮助。

参考文献

[1] 童诗白 《模拟电子技术基础》（第四版）2006 高等教育出版社 

[2] 于 卫 《模拟电子技术实验及综合实训教程》2008 华中科技大学出版社

[3] 康华光 《 电子技术基础模拟部分》（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社,2011

评分等级：           评阅教师：               年    月    日

第二篇：波形发生器设计报告

波形发生器设计报告

摘要

     本设计是以AT89C52为控制模块，控制DAC0832输出正弦波、方波、三角波，并利用倍频器输出波形的频率可达到1MHz。

关键词：AT89C52；DAC0832；倍频器；波形发生器。

设计任务：

    （1）能产生正弦波、方波、三角波；

（2）频率、幅度可以设定；

（3）输出频率能达到1MHZ。

发挥部分（自选）。

总体设计方案：

该系统功能主要由AT89C52单片机通过相应的软件编程实现程序逻辑功能并结合相关的周围硬件电路而实现。

 

程序流程图

-

                       

                                                                                    

                                                                                                                       

 

                                                                                           

                                                                                      

 

           

原理图

本设计分为以下模块：

一、控制模块

二、键盘输入模块

三、产生波形模块

四、显示模块

仿真波形

一、三角波

二、方波

三、正弦波

总结

本次课程设计所用到的程序除LCD显示部分及DAC0832部分参考了其他的程序外全系独立编写，通过这一课程设计，使在课堂上所学习的单片机语言应用能力获得了大的提高，也极大的增强了编写调试程序和硬件连接的能力。

编程工作是一项繁重，系统的脑力劳动，需要编程者具有足够的耐心和毅力，耐心细致的工作态度和严谨务实的工作作风。本次所编写的多功能波形发生器的源程序总共将近二百多行，系统庞大而且繁杂，在编写过程中，所遇到的问题非常多，整个编写过程就是一个不断面临问题，不断解决问题的过程，这一过程充满了挑战性，也充满了各种困难，但不断的追踪错误的来源也是很有趣味的一件事情。出现了运行错误后，就处处添加显示代码，让LCD将它的运算过程中的数据显示出来，追踪错误的源头，最终会发现在运算过程的某一步上出现了异常，然后分析问题为什么会出在这里，找到程序中隐藏的逻辑错误并修改，找到错误的所在并解决掉是非常具有吸引力的。

通过这次课程设计使对单片机语言的理解和掌握上有了很大的进步，以前所了解的单片机语言仅限于一些片面的知识，通过这次编程，将这些零零碎碎的知识汇集起来，编写出了一个完整的系统，并且对单片机语言的应用能力有了极大的提高，对于硬件接口的问题也有了深刻的了解，体会到了单片机的独具一格的思想。

参考文献

[1]李刚民.《单片机原理及应用》.（第一版）.高等教育出版社：李刚民，2005

[2]戴伏生.《基础电子电路设计与实践》.（第一版）.国防工业出版社 ：戴伏生，2002.