【毕业设计】信号发生器的设计与制作 ㊣ 精品文档 值得下载

生器用于低频信号输出往往需要的值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵，因此，高精度，宽调幅，低价格将成为数字量信号发生器的发展趋势。

信号发生器按其频率的高低，可分为超低频信号发生器，低频信号发生器，高频信号发生器，超高频信号发生器，微波信号发生器按产生波形的不同，可分为正弦波信号发生器，脉冲波函数波信号发生器，任意波信号发生器按调制方式的不同，可分为调频信号发生器调幅信号发生器，调相信号发生器，脉冲调制信号发生器此外，还可以产生两种或多种波形信号发生器。

设计任务及要求任务设计个方波三角波正弦波函数发生器。

要求频率范围。

输出电压方波。

幅值频率可调。

第章信号发生器方案选择及原理框图原理框图信号发生器方案选择信号发生器般是指能自动产生正弦波三角波方波及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。

根据用途不同，有产生三种或多种波形的信号发生器，使用的器件可以是分立器件如低频信号函数发生器全部采用晶体管，也可以采用集成电路如单片信号发生器模块。

为进步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波信号发生器的设计方法。

产生正弦波方波三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波也可以首先产生三角波方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。

本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，本课题中信号发生器电路组成框图如上图所示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。

第章各部分电路设计及总电路图方波发生电路的工作原理用迟滞比较器构成的方波产生电路如图所示，图中，和为定时元件，构成积分电路它把输出电压反馈到集成运算放大器的反向端，回路既作为延迟环节，又作为反馈网络。

通过充放电实现输出状态的自动转换。

比较器主要部件为芯片相关信息将在后续章节介绍。

当时，电容充电，电流流向如图所示，电容两端电压不断上升，而此时同相端电压为上限门。

当时，输出电压变为低电平，使同向端电压变为下限门电压，然后电容开始放电，电流流向如图所示，电容上的电压不断降低，当降低到时，又变为高电平，电容又开始充电但是，上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。

图方波产生电路方波三角波转换电路的工作原理如果用线性积分电路代替方波产生电路的积分电路，则电容器两端就可获得理想的三角波输出。

其波形如图所示。

若反馈网络断开，运算发大器与及组成电压比较器，为加速电容，可加速比较器的翻转。

运放的反相端接基准电压，即，同相输入端接输入电压，称为平衡电阻。

比较器的输出的高电平等于正电源电压，低电平等于负电源电压，当比较器的图电路输出波形时，比较器翻转，输出从高电平跳到低电平，或者从低电平跳到高电平。

设，则将上式整理，得比较器翻转的下门限单位为若，则比较器翻转的上门限电位为比较器的门限宽度反馈网络断开后，运放与及组成反相积分器，其输入信号为方波，则积分器的输出为时，时，可见积分器的输入为方波时，输出是个上升速度与下降速度相等的三角波，其波形关系如图所示。

反馈网络闭合，既比较器与积分器首尾相连，形成闭环电路，则自动产生方波三角波。

三角波的幅度为方波三角波的频率为三角波正弦波转换电路的工作原理三角波正弦波的变换电路主要由差分放大电路来完成。

分析表明，传输特性曲线的表达式为式中差分放大器的恒定电流约为。

温度。

的引脚排列见图。

图表图表图由于四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

如下图各对应管脚。

低频信号发生器的设计摘要直接数字合成是种重要的频率合成技术，具有分辨率高频率变换快优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。

文中介绍了种高性能芯片的基本原理和工作特点，阐述了如何利用此芯片设计种频率在内变化相位正交的信号源，给出了芯片和单片机的硬件接口和软件流程。

关键词直接数字频率合成信号源芯片概述随着数字技术的飞速发展，高精度大动态范围数字模拟，转换器的出现和广泛应用，用数字控制方法从个标准参考频率源产生多个频率信号的技术，即直接数字合成异军突起。

其主要优点有频率转换快频率转换时间短，般在纳秒级分辨率高大多数可提供的频率分辨率在数量级，许多可达频率合成范围宽相位噪声低，信号纯度高可控制相位可方便地控制输出信号的相位，在频率变换时也能保持相位联系生成的正弦余弦信号正交特性好等。

因此，利用技术特别容易产生频率快速转换分辨率高相位可控的信号，这在电子测量雷达系统调频通信电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。

低频信号发生器的组成图为低频信号发生器组成框图。

它主要包括主振器电压放大器输出衰减器功率放大器阻抗变换器和指示电压表等。

主振器文氏桥式振荡器具有输出波形失真小振幅稳定频率调节方便和频率可调范围宽等特点，故被普遍应用于低频信号发生器主振器中。

主振器产生与低频信号发生器频率致的低频正弦信号。

文氏桥式振荡器每个波段的频率覆盖系数即最高频率与最低频率之比为，因此，要覆盖的频率范围，至少需要五个波段。

为了在不分波段的情况下得到很宽的频率覆盖范围，有时采用差频式低频振荡器，图为其组成框图。

假设，可调范围为，则振荡器输出差频信号频率范围为。

差频式振荡器的缺点是对两个振荡器的频率稳定性要求很高，两个振荡器应远离整流管功率管等发热元件，彼此分开，并良好屏蔽。

电压放大器电压放大器兼有缓冲与电压放大的作用。

缓冲是为了使后级电路不影响主振器的工作，般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。

放大是为了使信号发生器的输出电压达到预定技术指标。

为了使主振输出调节电位器的阻值变化不影响电压放大倍数，要求电压放大器的输入阻抗较高。

为了在调节输出衰减器时，不影响电压放大器，要求电压放大器的输出阻抗低，有定的带负载能力。

为了适应信号发生器宽频带等的要求，电压放大器应具有宽的频带小的谐波失真和稳定的工作性能。

输出衰减器输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，分为连续调节和步进调节。

连续调节由电位器实现，步进调节由步进衰减器实现。

图为常用输出衰减器原理图，图中电位器为连续调节器细调，电阻与开关构成步进衰减器，开关为步进调节器粗调。

调节或变换开关的挡功率放大器及阻抗变换器功率放大器用来对衰减器输出的电压信号进行功率放大，使信号发生器达到额定功率输出。

为了能实现与不同负载匹配，功率放大器之后与阻抗变换器相接，这样可以得到失真小的波形和最大的功率输出。

阻抗变换器只有在要求功率输出时才使用，电压输出时只需衰减器。

阻抗变换器即匹配输出变压器，输出频率为时使用低频匹配变压器，以减少低频损耗，输出频率为时使用高频匹配变压器。

输出阻抗利用波段开关改变输出变压器次级圈数来改变。

工作原理及结构函数信号发生器产生信号的方法有三种种是由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波第三种是先产生三角波再变换为方波和正弦波。

在此主要介绍第种方法，即脉冲式函数信号发生器低频信号发生器的主要工作特性目前，低频信号发生器的主要工作特性如下频率范围般为，且连续可调。

频率准确度。

频率稳定度般为小时。

④输出电压连续可调。

输出功率连续可调。

非线性失真范围。

输出阻抗等几种。

输出形式平衡输出与不平衡输出。

低频信号发生器的使用低频信号发生器型号很多，但它们的使用方法基本类似了解面板结构使用仪器之前，应结合面板文字符号及技术说明书对各开关旋钮的功能及使用方法进行耐心细致的分析了解，切忌盲目猜测。

信号发生器面板上有关部分通常按其功能分区布置，般包括波形选择开关输出频率调谐部分包括波段粗调微调等幅度调节旋钮包括粗调细调阻抗变换开关指示电压表及其量程选择电源开关及电源指示输出接线柱等。

芯片介绍是公司生产的最高时钟为采用先进的技术的直接频率合成器，主要由可编程系统高性能模数变换器和高速比较器部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成，并具有时钟产生功能。

的系统包括相位累加器和正弦查找表，其中相位累加器由个加法器和个位相位寄存器组成，相位寄存器的输出与外部相位控制字位相加后作为正弦查找表的地址。

正弦查找表实际上是个相位幅度转换表，它包含个正弦波周期的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中。

。

范围的个相位点。

查找表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动的变换器，输出个互补的电流，其幅度可通过外接电阻进行调节。

还包括个高速比较器，将变换器的输出经外部低通滤波器后接到此比较器上即可产生个抖动很小的方波，这使得可以方便地用作时钟发生器。

包含位频率相位控制字，可通过并行或串行方式送人器件并行方式指连续输入次，每次同时输入位个字节串行方式则是在个管脚完成位串行数据流的输入。

这位控制字中有位用于频率控制，位用于相位控制，位用于掉电控制，位用于选择工作方式。

在并行输入方式下，通过位总线将外部控制字输入到寄存器，在字输入时钟的上升沿装入第个字节，并把指针指向下个输入寄存器，连续个的上升沿读入个字节数据到输入寄存器后，的边沿就不再起作用。

然后在频率更新时钟上升沿到来时将这位数据从输入寄存器装入到频率相位寄存器，这时输出频率和相位更新次，同时把地址指针复位到第个输入寄存器以等待下次的频率相位控制字输入。

硬件设计要产生两路相位正交频率可由外部控制的正弦信号，必须通过单片机编程来完成外部输入的频率数据个字节与芯片内部频率相位控制字个字节间的转换。

单片机与芯片的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式，本设计采用的是位并行接口方式。

由于需要产生两路正弦信号，因此使用了片芯片，这两路的频率相同，相位差单片机的口脚