1、 題目 函數發生器的設計 班級 學號 姓名 指導 付老師 時間 12.1712.21 景德鎮陶瓷學院電工電子課程設計任務書 姓名： 班級： 指導老師：老師題 目： 函數發生器的設計課題的任務設計一方波-三角波-正弦波發生器頻率范圍 10Hz100Hz，100Hz1KHz，1KHz10KHz；頻率控制方式 通過改變RC時間常數手控信號頻率通過改變控制電壓UC實現壓控頻率（VCF）輸出電壓 正弦波UPP3V 幅度連續可調； 三角波 UPP5V 幅度連續可調； 方波UPP14V 幅度連續可調。波形特性 方波上升時間小于2us； 三角波非線形失真小于1%； 正弦波諧波失真小于3%。 設計要求1、 查閱

2、相關資料，開始撰寫設計說明書；2、 先給出總體方案并對工作原理進行大致的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應的原理、參數分析計算、功能以及與其他部分電路的關系等等說明；4、 列出標準的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關說明；6、列出設計中所涉及的所有參考文獻資料。設計說明書字數不得少于3000字。參考文獻【1】陶恒齊；電工與電子技術【2】劉波；帶有LAN接口的DDS函數發生器的研究；西華大學碩士學位（畢業）論文；2006.3至2007.5【3】向余熊；基于DDS的函數發生器數字系統的設計與實現；電子科技大學碩士學位論文；2006.5【4】張瑩；雙路DDS函數發生器

3、A路信號及主控部分的設計；河北大學碩士學位論文；2008.5【5】于鴻洲；基于DDS技術的函數波形發生器設計；哈爾濱理工大學碩士論文；2006.3【6】韓金霞；基于DDS函數發生器的自動測試系統的研究；西華大學碩士學位論文；2011.4目 錄一、總體方案與原理說明4二、單元電路1方波的設計5三、單元電路2三角波的設計7四、單元電路3正弦波的設計8五、總體電路原理相關說明9六、總體電路原理圖11七、元件清單13八、參考文獻14九、設計心得體會15一、總體方案與原理說明函數發生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。根據用途不同，有產生三種或多種波形的函數發

4、生器，使用的器件可以是分立器件 (如低頻信號函數發生器S101全部采用晶體管)，也可以采用集成電路(如單片函數發生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題采用由集成運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發生器的設計方法。采用集成運放電路設計方案產生要求的波形:主要是應用集成運放LM324,其芯片的內部結構是由4個集成運放所組成的,通過電壓比較器可以形成方波,方波經過積分之后可以形成三角波,三角波再經過低通濾波可以形成正弦波,此電路方案能實現基本要求和擴展總分的功能,電路較簡單,調試方便。二、單元電路1方波的設計 矩形波發生電壓只有兩種狀態,不是高電

5、平,就是低電平,所以電壓比較器是它的重要成分;因為產生振蕩,就是要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換,所以電路中必須引入反饋,因為輸出狀態應按一定時間間隔交替變化,即產生周期性變化,所以電路中要有延遲環節來確定每種狀態維持的時間.圖所示的矩形波放生電路,它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成.RC回路既作為延遲環節,又作為反饋網絡,通過RC充放電實現輸出狀態的自動轉換。 設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+Ut。Uo通過R3對電容C正向充電，反相輸入端電位隨時間t增長而逐漸升高，當t趨近于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut,再稍增大，Uo就從+Uz躍變為Uz，與此同

6、時Up從+Ut躍變為Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電，或者說放電。反相輸入端電位Un隨時間t增長而逐漸降低，當t趨于無窮時，Un趨于Uz；但是，一旦Un=Ut,再稍減小，Uo就從Uz躍變為+Uz，與此同時Up從Ut躍變為+Ut，電容又開始正向充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。圖2.1滯回比較器的電壓傳輸特性圖2.2方波發生電路的波形14三、單元電路2三角波的設計積分電路是一種運用較為廣泛的模擬信號運算電路，它是組成各種模擬電子電路的重要基本單元，它不僅可以實現對微分方程的模擬，同時在控制和測量方波-三角波發生電路波形圖系統中，積分電路也有著廣泛運用，利用其充放電過程可以實現

7、延時，定時以及各種波形的產生.積分電路還可用于延時和定時。在圖3.1所示三角波發生電路圖中，將方波電壓作為積分運算電路的輸入，在積分運算電路的輸出就得到三角波電壓。 圖3.1 三角波發生電路圖 3.2三角波發生電路的波形圖四、單元電路3正弦波的設計采用低通濾波的方法將三角波變換為正弦波。圖中采用的是簡單的二階低通濾波電路，與同相輸入端電路類似，增加RC環節，可以使濾波器的過渡帶變窄，衰減斜率的值加大，電路如圖所示。 輸出三角波。三角波再經R10、C1積分網絡，輸出近似的正弦波。五、總體電路原理相關說明產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再

8、由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題采用先產生方波三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法。由比較器和積分器組成方波三角波產生電路，比較器輸出的方波經積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。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。六、總體電路原理圖七、元件清單器件型號個數備注集成塊LM3241電阻2K41K210K21001變位器100K15

9、K1電容0.1uF3二極管6.2V穩壓二極管2插槽14腳1八、參考文獻【1】潘松，黃繼業編著；EDA 技術實用教程；北京科學出版社；2002【2】王秋生，王 祁，孫圣和；直接數字合成調頻信號的研究；儀器儀表學報【3】褚振勇，翁木云；FPGA 設計及應用；西安電子科技大學出版社；2002【4】 戴 檸，陳一饒；DDS 信號源的研制； 儀器儀表學報；1996,17(1):24-28【5】 張厥盛，曹麗娜；鎖相與頻率合成技術 ；電子科技大學出版社【6】A Direct-Digital Synthesizer with Improved Spectral Performance； IEEE Trano

10、n Communication ；Vol 39. No 7 . July 1991【7】 Altera Corporation；Altera Digital Library 2002【8】 徐鍵；高速數模轉換器的設計思路及應用考慮（ 上）；電子技術應用；1998【9】 張強；電流反饋運算放大器與電壓反饋運算放大器的區別與應用【10】 甘本袯，吳萬春；現代微波濾波器的結構與設計科學出版社；1974 年【11】周承聯；綜合濾波器的理論與計算；人民郵電出版社.130-147【12】Rick Cushing； A Technical Tutorial on Digital Signal Synthes

11、is； 1999Analog Devices；Inc.5-28【13】采用 DDS 技術實現的頻率合成信號發生器；電子技術；1997 年第一期【14】張毅剛等；MCS51 單片機應用設計；哈爾濱工業大學出版社；1997，328340【15】張玉興；DDS 高穩高純頻譜頻率源技術系統工程；1997.12【16】張駿凌, 張玉興；直接數字頻率合成器的相位噪聲分析電子科技大學學報；1999 年2 月【17】高頻濾波器與螺旋濾波器設計手冊【18】王建新；直接數字頻率合成及其雜散分析；南京理工大學學報；1994【19】朱明程；現場可編程門陣列器件 FPGA 原理及應用設計； 電子工業出版社；1994【2

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13、課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，理論知識很枯燥，讓人看而生畏，總是不能深入而透徹的掌握知識。而做完課程設計，一些問題就迎刃而解了，而且還可以記住很多東西。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個課程設計對我們的作用是非常大的。在制作實驗報告時，發現只有細心耐心恒心一定要有才能做好事情，首先是線的布局上既要美觀又要實用和走線簡單，兼顧到方方面面去考慮是很需要的，否則只是一紙空話。其中遇到的問題，方波的占空比不是50%，仿真出錯的結果，好久都沒有找到原因，后來學長說這個運放在仿真中不是理想的，所以導致兩端輸出的電壓不同，引起的占空比不為50%。后來選用了個質量好些的運放，解決了這個問題。經過一個星期的實習，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時滿富盛激情到最后汗水背后的復雜心情，點點滴滴無不令我回味無長；生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重