2023年信号发生器设计报告G组信号发生器设计报告G组.docx

信号发生器设计报告(G组)信号发生器设计报告(G组) 　 本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作本钱低。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从1Hz～300KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。 　函数信号发生器根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是别离器件，也可以是集成器件，产生方波、正弦波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期性的非正弦波与正弦波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的快速开展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号发生器，器件的可选择性大幅增加，例如ICL8038就是一种技术上很成熟的可以产生正弦波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。1一：方案设计与论证3方案13方案23方案33方案论证3二：电路设计41.系统框图42.频率和占空比电路43．波形失真调节电路5三：整机电路以及软件设计的流程图51.总电路图52.软件总流程图63.显示流程图7四：测试方法与测试结果81改变占空比与失真82、放大与失真83、电位器灵敏度84、实验数据记录如下85、误差分析96、函数信号发生器可以实现的功能9五：讨论9一：方案设计与论证方案1利用芯片组成的电路输出波形，MAX038是MAXIM公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高频波形产生器，他能产生准确的高频正弦波、三角波、方波。输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别地控制。所需的输出波形可由在A0和A1输入端设置适当的代码来选择，且具有输出频率范围宽、波形稳定、失真小、使用方便等特点。方案2采用单片函数发生器可产生正弦波、方波等，操作简单易行，用D/A转换器的输出来改变调节电压，可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。方案3利用ICL8038芯片构成8038集成函数发生器。8038集成函数发生器是一种多用途的波形发生器，可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，其振荡频率可通过外加的直流电压进行调节，所以是压控集成信号产生器。由于外接电容C的充、放电电流由两个电流源控制，所以电容C两端电压uc的变化与时间成线形关系，从而可以获得理想的三角波输出。8038电路中含有正弦波变换器，故可以直接将三角波变成正弦波输出。另外还可以将三角波通过触发器变成方波输出。该方案的特点是十清楚显的：⑴线性良好、稳定性好；⑵频率易调，在几个数量级的频带范围内，可以方便地连续地改变频率，而且频率改变时，幅度恒定不变；⑶不存在如文氏电桥那样的过渡过程，接通电源后会立即产生稳定的波形；⑷三角波和方波在半周期内是时间的线性函数，易于变换其他波形。方案论证由于第一种方案本钱太高，且软件较复杂。第二种方案产生频率稳定度不高，且平率输出难达要求。所以通过综合考虑我们采用了第三种方案。二：电路设计1.系统框图2.频率和占空比电路所有波形的对称性都可以通过调节外部定时电阻来调节。如图2所示，RA、RB是外部定时电阻。最好是保持RA和RB的独立性，然后用RA来控制三角波、正弦波的上升局部和方波的状态。三角波的幅度设置在1/3VSUPPLY,因此，三角波的上升局部是：另一局部三角波、正弦波和方波的状态是：那么由此两局部可得到波形的频率为：通过改变RA和RB的阻值即可以改变t1,t2的值，从而调节方波的占空比。当RA=RB=R时,频率f为：RA和RB的阻值为10k,由于ICL8038的频率范围是0.001Hz~300kHz之间，因此，当电容值选取C=100pF时，此时最大输出频率就可以到达300kHz的要求。3．波形失真调节电路为了减少失真，11脚和12脚之间的电阻82K最好是变量。这样的安排失真小于1%是可以实现的。如图4所示，此种连接允许的正弦波典型失真可减少到接近0.5%。三：整机电路以及软件设计的流程图1.总电路图2.软件总流程图3.显示流程图四：测试方法与测试结果1改变占空比与失真如果改变方波的占空比，那么三角波和正弦波波形将会失真。失真度将会随着占空比的改变而改变。2、放大与失真将信号送去显示和放大后，会使输出信号产生一定的失真。3、电位器灵敏度电位器的调节还不够灵敏，需用高灵敏度和高稳定性的电位器。4、实验数据记录如下表格1输出信号波形及电压大小测量输出电压波形方波正弦波三角波输出电压Uop-p范围(f=10kHz)0～19.10V0～16.10V0～16.10V表格2输出信号频率测量第一档(第10脚电容)Cext= 0.47uf 第二档(第10脚电容)Cext= 0.01uf 第三档(第10脚电容)Cext=200pf 输出信号频率1Hz～1500Hz0.5kHz～132kHz11.2kHz～300kHz表格3 正弦波输出失真度测量f=100HZf=10KHzf=100KHzf=300KHz失真度（%）0.52%0.96%0.78%3.5%表格4 正弦波输出频率稳定度测量f=100Hzf=10KHzf=100KHzf=300KHz频率稳定度设t1时刻输出信号频率为f1,t2时刻输出信号频率为f2（本设计测量要求t2-t1=30分钟）频率稳定度=(f2-f1)/f15、误差分析系统测试指标均到达要求，但存在误差。产生误差的原因是：硬件误差、人为误差、测量误差、杂散引入误差。减小误差可以通过改进电路、提高仪器的精度、减弱外界干扰等方面。6、函数信号发生器可以实现的功能（1）能输出方波、三角波和正弦波信号；（2）输出信号频率可调，输出信号频率范围约在1Hz~300kHz之内；（3）输出电压峰—峰值UOP-P可调，范围为：0VUOP-P20V；（4）频率稳定度10-2（1小时短期稳定度）；（5）正弦波非线性失真系数1%（用实验室失真度测量仪测量）。五：讨论此次设计波形在频率到50KHz后失真度明显变大，不过总体功能还算实现，综合来说，此次设计满足要求。如果需要在发生更高频率用IC8038就不太容易实现。但是由于IC8038更经济实惠，所以在对频率输出要求不太高时可以采用此芯片。