多种波形信号发生器设计 本文关键词：波形，多种，信号发生器，设计
多种波形信号发生器设计 本文简介：电子技术课程设计报告多种波形发生器的设计学院：年级专业：学号：姓名：指导教师：完成时间：2011.06.30成绩：摘要对于电子学领域的产品，如诸如电话、电视机、收音机，都需要各种波形发生器，多种波形发生器可以说是电子领域最基础，最实际，最广泛的器材，本次设计的多种波形发生器需要用市电供电，产生方波、
多种波形信号发生器设计 本文内容：
电子技术课程设计报告
多种波形发生器的设计
学
院：
年级专业：
学
号：
姓
名：
指导教师：
完成时间：
2011.06.30
成
绩：
摘
要
对于电子学领域的产品，如诸如电话、电视机、收音机，都需要各种波形发生器
，多种波形发生器可以说是电子领域最基础，最实际，最广泛的器材，本次设计的多种波形发生器需要用市电供电，产生方波、正弦波、三角波，输出波形可选择，频率可调，并且可以显示频率。电路采用变压整流滤波稳压电路来转换电压，用ICL8038函数发生芯片来产生三种波形，用计数器、锁存器、译码器、数码管组成频率显示电路。经过反复修改测试，电路已经基本达到了要求。
关键字：波形发生器；频率可调；频率显示
目
录
1
设计任务3
1.1设计目的和意义3
1.2设计任务要求3
2
系统设计3
2.1总体方案设计3
2.2具体电路设计3
2.2.1直流稳压电源电路的设计3
2.2.2波形发生电路设计4
2.2.3频率显示电路的设计5
2.3总体电路8
2.4系统所用元器件9
3.系统调试与仿真10
3.1电压转换功能的调试10
3.2发生三种波形的功能10
3.3频率显示功能测试10
4总结11
4．1本系统的优缺点11
4.2心得体会12
参考文献12
1
设计任务
1.1设计目的和意义
波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域，可以说波形发生器已经成为众多领域中最基础的设备。因此，设计一种多种波形发生器，以满足不同的应用需求，具有重要的意义。
1.2设计任务要求
要求设计一种多种波形发生器，能产生方波、三角波和正弦波三种波形，频率在1~100Hz之间连续可调，而且可以利用开关来选择输出波形，并将波形频率显示在数码管上。利用市电（220V，50Hz）供电。
2
系统设计
2.1总体方案设计
根据系统的要求，确定系统的总体方案如图1所示。
直流稳压电源电路
波形发生电路
波形选择开关
频率检测电路
LED显示电路
方波
图1系统总体设计方案
2.2具体电路设计
2.2.1直流稳压电源电路的设计
根据设计需要，要把市电(220V，50Hz)转换为10V的直流电压，直流稳压电源原理框图如图2所示。
10V
220V
50Hz
电源
变压
器
整流
电路
滤波
电路
稳压
电路
图2直流稳压电源原理框图
直流稳压电源是提供直流电压的电源设备，主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。
根据框图，在proteus中用分立元件搭建的仿真图如图3。
图3直流稳压电源仿真图
图中整流部分是单相桥式整流电路，滤波部分为电容滤波电路，稳压部分为串联稳压芯片ADJ，并由三个电压表分别测量输入市电电压、副线圈两端电压和输出端电压。
2.2.2波形发生电路设计
本次设计针对波形发生电路初步制定了以下三个方案：
方案1：
利用文氏桥振荡电路产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波转换成方波，最后用积分电路将方波转换成三角波。原理框图如图4。
积分电路
文氏桥振荡电路
方波产生电路
图4
方案1波形发生转换电路
该方案结构简单，具有较好的正弦波和方波信号，但要通过积分电路产生同步的三角波电路，存在一定的困难。原因是积分电路的积分常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出三角波幅度将同时改变，若要保持三角波输出幅度不变，则须同时改变积分时间常数的大小。
方案2
采用比较器产生占空比为1/2的方波，经积分电路产生三角波，最后利用折现近似法将三角波转换成正弦波。原理框图如图5.
比较器产生方波
积分电路
正弦波产生电路
图5
方案2波形产生转换电路
该方案将方波——三角波电路视为一体，比较器与积分器构成正反馈电路，解决了方案一存在的问题。但该电路结构较复杂，不便于调试。
方案3：
采用单片函数发生器芯片ICL8038，可以灵活组成各种波形发生电路，并且频率可以方便调节，电路结构简单，便于仿真调试。
因此，考虑到波形发生电路只是整体电路的一部分，为降低整体电路的复杂程度，并且能够方便调试，我选择了方案3来设计波形发生电路。仿真原理图如图6。
图6波形发生电路原理图
图中，ICL8038的6管脚接直流10V电压，当开关SW2拨到C4时，调整滑动变阻器RW可实现输出波形频率在1~100Hz范围内连续变化。将开关SW2拨到C2，可实现频率在100~500范围内变化。ICL8038的9、2、3管脚分别输出占空比为1/2的方波、正弦波、三角波，通过改变波形选择开关可选择波形。另外，调节RW1可调整正弦波的失真度，保证正弦波的无失真输出。
2.2.3频率显示电路的设计
首先，所谓频率，就是就是周期性信号在单位时间
(1s)
内变化的次数．若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为
fx=N/T
。因为波形发生器输出的三种波形频率相同，所以可以将ICL8038输出地方波由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码，将测量结果显示在LED上。，频率测量显示电路主要由闸门电路，计数器电路，锁存器，时基电路，逻辑控制译码显示电路几部分组成。结构框图如图7。
方波
闸门
计数器
锁存器
译码器器
显示器器
时基电路
逻辑控制电路
图7频率测量显示电路结构框图
（1）计数译码显示电路如图8所示。
图8计数译码显示电路
计数器由3片74LS90串联组成，闸门（或门）的输出信号作为计数器的输入信号。译码器由两片74LS273构成，译码器3片74LS47构成，显示器由3片七段共阳极数码管构成。
（2）时基电路、逻辑控制电路如图9。
图9时基、逻辑电路图
图中，555定时器的8管脚（VCC）输入经两等值电阻分压后的5V电压,3管脚输出周期为1S，占空比为1/2的方波，作为74161计数器的输入脉冲，74161接成一进制计数器，初始状态为0000，状态0001时进位端（Q0）输出1，同时计数器置零，重新计数，以此循环。当Q0从0变为1时，JK触发器（初始状态为0）翻转，这样，JK触发器每个1s翻转一次。Q端接3片74LS90计数器的置零端及2片74LS273的锁存端和清零端，当Q为高电平时，计数器清零。当Q由低电平变为高电平（上升沿）时，锁存器锁存这时输入的数并经译码器在LED上显示。当Q为低电平时，锁存器清零。闸门为或门7432，管脚2为待测方波输入端，管脚1和JK触发器的Q端连接。其实，Q端输出的为周期为2S的方波信号，在低电平的1S内，待测信号输入计数器并计数，从低电平变为高电平时计数停止，并将周期的个数（频率）在LED上显示出来。
2.3总体电路
总体电路结构图如图10。.
图10总体电路图
2.4系统所用元器件
本系统所用的元器件清单如表1所示。
表1本系统所用的元器件
元件名称
数量
电压表
3
二极管
6
固定电阻
10
可变电阻
3
电容器
7
发光二极管
1
稳压电源芯片ADJ
1
电感线圈
1
函数发生器芯片ICL8038
1
555定时器
1
计数器76161
1
计数器74LS90
3
锁存器74LS273
2
译码器74LS47
3
七段共阳极数码管
3
JK触发器
1
反相器7404
1
单刀双掷开关
1
单刀三掷开关
1
或门7432
1
交流电压源
1
导线
若干
3.系统调试与仿真
3.1电压转换功能的调试
本次设计要求将220V（50Hz）的市电转换为10V的直流电，调试结果如图11。.
图11电压转换调试结果
调试过程中左端电压表的值在10.0到10.4之间变化，但变化范围不大，理论上是合理的。
3.2发生三种波形的功能
设计要求能发生方波、正弦波和三角波，调试结果如图12。
图12发生三种波形的功能测试
调试时，调节可变电阻RW以改变波形的频率，但虚拟示波器上波形的变化滞后于RW的变化，反应较慢，但最终能够随RW而变化，测试成功。
3.3频率显示功能测试
本次设计要求将所得波形的频率在数码管上显示出来，测试结果如图12、13.
图12用COUNNTER
TIMER显示的波形频率值
图13数码管显示的频率
分别用proteus中的COUNTER
TIMER和电路中的频率测量显示电路测量显示了波形的频率，结果一致，说明了电路设计的正确性。但在调试过程中，电源接通时无论是COUNTER
TIMER还是数码管，都会待几十秒甚至数分钟后才能显示出频率值，延时较严重。
4总结
4．1本系统的优缺点
（1）优点
本系统功能齐全，不仅能够产生方波、正弦波、三角波三种波形，选择输出波形，还能在一定范围内连续调节频率的值并显示在数码管上，而且可以改变接入ICL8038的电容值来改变频段，扩大了产生波形频率的范围。另外，电路结构较简单，操作简便。
（2）缺点
在频率显示方面存在不足。系统采用在1s内计待测波形周期个数的方法来测量频率。这种方法在信号频率较低的情况下误差较大，频率越高误差越小。而且，显示时数码管每个两秒刷新一次，即000和测得频率值交替显示，不能将待测值连续显示，这一点有待改进。另外，可以将555定时器的输出调整为周期2s，占空比为1/2的方波，这样可以直接接于闸门（或门7432）的1管脚，可以省去74161计数器和JK触发器，进一步简化电路。
4.2心得体会
经过两周的努力，我基本完成了这次课程设计。在这一过程中我遇到了很多困难和疑惑，但在老师的指导下和自己的努力下，终于完成了设计。在这两周时间内，在从遇到问题到解决问题的过程中，我学到了很多东西，从开始的迷惑不解，到最后的能较灵活应用几种常见的集成数字器件，不仅解决了自己的问题，也帮助同学解决了一些困难，这是一件很让人愉快的事情。这是我们第一次电子方面的实习，将课本中学到的理论知识应用到实际中，对知识有了更深刻的理解和掌握，而且也掌握了proteus仿真的一些基本方法，实践能力也得到了显著提高。
参考文献
[1]
童诗白、华成英主编.
模拟电子技术基础（第四版）.
北京：高等教育出版社，2006.
[2]
阎石主编.
数字电子技术基础（第五版）.
北京：高等教育出版社，2006.
[3]
张庆双主编.
使用电子电路200例.
北京：机械工业出版社，2004.
[4]
黄正谨主编.
电子设计竞赛赛题解析.
南京：东南大学出版社，2003.
[5]
http://wenku.baidu.com/view/84ee94bfc77da26925c5b02f.html.2011.6.15.
[6]
http://wenku.baidu.com/view/8dac6f43a8956bec0975e352.html.2011.6.16.