. . . . 波形发生器毕业设计摘 要随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。无论是从数学意义上还是从实际的意义上，正弦波都是最基本的波形之一在数学上，任何其他波形都可以表示为基本正弦波的傅里叶组合;从实际意义上来讲，它作为测试信号、参考信号以与载波信号而被广泛的应用。传统的波形发生器只能产生一些常规的信号如正弦波、方波、脉冲波、三角波等。FY-Economic系列 函数/任意波形发生器采用直接数字合成技术（DS，FG 设计，部D） PA预制1种常用波形，同时用户也可编辑输出8bt 5点的用户自定义任意波形；其使用简单方便，信4-i、26号稳定度高，低失真，具有1瓦功率输出、宽频带的频率测量和计数器等功能。输出信号能够调节幅度和直流偏置。关键词：正弦波；方波；函数/任意波形信号发生器；FY-Economic；目 录引言3第一章波形发生器电路设计要求41.1设计的要求41.2设计的指标41.3设计的功能41.4电路图的框架4第二章方波、正弦波发生器电路52.1 方波、正弦波发生器原理框图52.2 各组成部分的工作原理6第三章 FY-Economic系列函数/任意波形发生器93.1 FY-Economic的技术指标93.2 结构功能特性与结果10总结18参考文献19致20 / 引 言 随着科学技术的发展，普通的性能单一的波形发生器已经越来越不能满足实际的要求，要想实现性能复杂、波形多样的发生器，频率合成技术是一种较好的实现方法。信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。传统的信号发生器一般基于模拟技术，但基于模拟技术的传统信号发生器能生成的信号类型比较有限，一般只能生成少数的规则波形信号。如果需要生成较复杂的波形信号，电路的复杂度以与设计难度都将大大增加。 传统的电子技术理论教学中，一般多采用工程近似的方法对电路进行分析、计算，特别是对于较复杂的电路设计时，往往需要改变各种元器件的参数，进行设计与匹配，如果元件参数发生变化，学生在短时间很难把握电路的输出与各种性能指标。FY-Economic实现了易用性、优异的技术指标与众多功能特性的完美结合，帮助用户更快地完成工作任务。是电子工程、实验室、生产线与教学、科研的理想设备，同时也可作为工业设备的配套模块使用。频率围：0.01Hz -50KHz；输出幅度：0.58Vp-p(空载)；输出阻抗：1010%；正弦波失真度：0.8% (参考频率 1kHz)；方波上升下降时间：3.8us；方波占空比围：1%99%，并且可通过实际的电路，对最后的设计结果进行验证。在电子技术教学中引入电路设计仿真软件设计电路，是提高学生电子电路设计水平和设计能力的有效方法，对于培养创新和实用人才、改革传统的实验教学模式，提高实验教学质量有着重要的意义。第一章 波形发生器电路设计要求1.1设计的要求用Multisim软件设计一种波形发生器，要求能实现正弦波等多种波形的输出,并且输出波形符合论文设计要求，设计只给出方波、正弦波的仿真图。1.2设计的指标 1.输出波形工作频率围在1Hz10kHz围连续可调。 2.可以输出方波和三角波以与正弦波。1.3设计的功能 主要功能：用中小规模集成芯片设计制作产生正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。基本知识：数子电子技术、模拟电子技术、555数字芯片原理与功能、电子设计自动化软件Multisim10。1.4电路图的框架集 成 部 位 调 频 部 位方 波三角波正弦波控制 部位根据论文设计技术指标的要求，本电路主要由电源指示灯、多谐振荡器、方波输出电路、三角波输出电路、正弦波输出电路等几部分组成。图1-1多种波形发生器方框图第二章 方波、正弦波发生器电路2.1 方波、正弦波发生器原理框图原理框图如图2-1所示。积分电路电压比较器RC充放电反馈回路方波矩形波锯齿波三角波正弦波比例放大电路，得到需要幅值；峰峰值的信号波占空比可调积分电路低频滤波图2-1 方波、正弦波信号发生器的原理框图 该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。然后经过积分电路产生三角波，通过改变方波的占空比不仅可以得到锯齿波，还可得到额外的矩形波。三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。然后将各种信号通过比例放大电路得到需要幅值；峰峰值的信号波。该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便。2.2 各组成部分的工作原理一、方波发生电路的工作原理如图2-2所示。图2-2 方波信号发生原理此电路由反相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、放电实现输出状态的自动转换。设某一时刻输出电压+Uz,此时滞回电压比较器的门限电压为UTH2。输出信号通过R对电容C正向充电，充电波形如图2-3箭头所示。当该电压上升到TH2时，电路的输出电压变为Uz,门限电压也随之变为UTH1，电容C1经电阻R放电。当该电压下降到TH时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。图2-3 方波信号发生波形二、方波-三角形转换电路的工作原理（1）电路的组成图2-4 积分电路产生三角波根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当RC积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和RC积分电路就可以组成三角波信号发生器。如图2-4所示。该电路的工作原理是：方波信号发生器输出的方波输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。积分电路的输出端除了输出三角波信号外，还通过电阻R1.Rp1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变成方波信号输出。该电路工作波形图如图2-5所示。图2-5 三角波（2） 振荡频率 因为，该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。三角波输出信号的幅度等于滞回电压比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为u+=UOR1/(R1+R2)-UOR2(R1+R2)=u-=0 由此可得输出信号的幅度为：Uom=UTH=R1Uz/R2 设积分电路的输出电压从+Uom到Uom所需要的时间为t，根据积分电路输出电压和输入电压的关系式可得2Uom=uo1*t/(C*R4)即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2因三角波信号的周期为2t,所以三角波输出信号的频率为f=R2/(4R1*R4*C1)三、三角形-正弦波转换电路的工作原理如图2-6所示图2-6 三角波产生正弦波原理图原理：采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波如图2-7所示。图2-7 正弦波第三章 FY-Economic系列函数/任意波形发生器3.1 FY-Economic的技术指标有下述优异的技术指标：1. 三个可下载的 26点任意波形存储器5；2. 预制 1 种常用波形,4用户可自定义 3种波形；3. 1瓦功率信号输出；4. 体积小，功能多，携带方便；5. 频率精度高：频率精度可达到 10-6 数量级；6. 频率分辨率高：全围频率分辩率 10mHz；7. 无量程限制：全围频率不分档，直接数字设置；8. 波形精度高：输出波形由函数计算值合成，波形精度高，失真小；9. 多种波形：正弦，方波，三角波，锯齿波，用户自定义波形（任意波）,常用脉冲、噪声、心电图等波形；10. 存储特性：可以存储 10 组用户设置的仪器状态参数，可随时调出重现；11. 操作方式：全部按键操作，LCD1602 液晶英文显示，直接数字设置或旋钮连续调节；12. 高可靠性：大规模集成电路，表面贴装工艺，可靠性高，使用寿命长；13. 频率测量：自带 20MHz 频率计功能，对部/外部信号进行频率测量；技术指标信号输出 输出波形 正弦，方波（占空比可调），三角波，锯齿波，任意波,常用脉冲、噪声、心电图等波形。 输出幅度 0.58Vp-p(空载) 输出阻抗 1010% 直流偏置 3V 频率围 0.01Hz 50KHz 频率分辨率 0.01Hz(10mHz) 频率准确度 510-6 频率稳定度 210-6/3 小时 正弦波失真度 0.8% (参考频率 1kHz) 三角波线性度 98% (0.01Hz5kHz) 方波上升下降时间 3.8us 方波占空比围 1%99%COUNTER 计数器功能 计数围 0-65535 测频围 1Hz20MHz 输入幅度 0.5Vp-p20Vp-p其它 显示方式 LCD1602液晶英文显示 存储和调入功能 M0-M9(M0:默认调入) 尺寸 83mm (长)60 mm(宽) 24mm(高) 蜂鸣器提示功能 可通过程序设置开启或关闭 制造工艺 表面贴装工艺，大规模集成电路，可靠性高，使用寿命长 操作特性 全部按键操作，旋钮连续调节 环境条件 温度：040湿度：80%3.2 结构功能特性与结果结构功能说明：结果操作说明：1. Select键可以在调节频率和功能调节之间选择，屏幕最左边的“*”号指示当前是F=01.00000KHz*FUNC:WAVE=SINE*F=01.00000KHzFUNC:WAVE=SINE2. 在调节频率的时候，t键和u键能够左右移动光标指示位置，OK键能够切换频率显示的单位（Hz，kHz）。此时通过旋转编码开关可以加减光标指示位的数字，从而改变输出频率。（注：任意波显示的频率为参考频率，即：实际输出频率 = 显示频率值用户输入 256 点的任意波周期）*F=01.00000KHzFUNC:WAVE=SINE 步进频率：1kHz*F=00.01000KHzFUNC:WAVE=SINE 步进频率：0.01kHz等等*F=01000.00KHzFUNC:WAVE=SI