通信工程畢業設計-多種波形發生器的設計-文庫吧

【正文】 ................................................ 12 設計方 法簡介 ............................................................................................................. 13 振蕩電路 .......................................................................................................................... 15 RC 振蕩器的設計 .................................................................................................... 15 功率放大器 ....................................................................................................................... 17 OTL 功率放大器 ....................................................................................................... 17 第五章 調制信號發生器的原理與分析 ........................... 19 ICL8038 芯片簡介 ........................................................................................................... 19 ICL8038 的應用 ............................................................................................................. 19 ICL8038 原理簡介 ............................................................................................................ 19 電路分析 .......................................................................................................................... 20 工作原理 ........................................................................................................................ 23 IV 正弦函數信號的失真度調節 .......................................................................................... 23 ICL8038 的典型應用 ..................................................................................................... 24 致 謝 .................................................... 26 心得體會 .................................................. 27 參考文獻 .................................................. 28 附錄 1: 直流電源原理圖 ..................................... 29 附錄 2： 電路原理圖 ........................................ 30 附錄 3： 元器件清單 ........................................ 31 附錄 4： PCB 原理圖 ......................................... 33 附錄 5: protel99 簡介 . .................................... 34 畢業設計（論文）知識產權聲明 ................................ 35 畢業設計（論文）獨創性聲明 .................................. 36 1 緒論 1 第一章 緒論 概述 波形發生器是在 1975 年開發成功的。從此，波形 發生器產品增加了一個新品種。在波形發生器作為測量用信號激勵源進入市場之前，為了產生非正弦波信號，已使用函數發生器提供三角波、斜波、方波和余弦波等幾種特殊波形。聲音和振動分析需要復雜調制的信號源，以便仿真真實的信號，只有借助任意波形發生器，例如醫療儀器測試往往需要心電波形，任意波形發生器很容易產生各種非標準的振動信號。 早期的波形發生器主要著重音頻頻段，現在的 波形發生器已擴展到射頻頻段，它與數字示波器（ DSO）密 切配合，只要數字示波器捕獲的信號 ， 波形發生器就能復制出同樣的波形。在電路構成上，數字示波器是模擬 /數字轉換， 波形發生器是數字 /模擬的逆轉換，目前 波形發生器的帶寬達到 2GHz，足夠仿真許多移動通信、衛星電視的復雜信號。 波形發生器的背景及其應用 波形發生器又稱 函數 信號發生器， 作為實驗信號源， 是一種不需要輸入信號而能產生各種周期性波形輸出的電子裝置。按照產生的波形來分，有正弦波發生器和非正弦波發生器兩大類。非正弦波發生器又包括方波、三角波、鋸齒波等。 波形發生器的應用范圍很廣，幾乎覆蓋了所有行業。凡是需 要使用其它標準信號源所不能提供的激勵信號的應用，都可能是任意波形發生器的用武之地；在通信、測量和遙控等許多技術領域有著廣泛的應用；在現代社會中，自動化技術已經滲透到社會生活的各個領域中；在超聲波測量技術中，超聲換能器（發射換能器和接收換能器）是超聲波檢測技術的核心部件；高精度、寬頻率范圍、高穩定性的激勵源對于發射換能器及超聲檢測系統性能的改善和提高起著至關重要的作用。 傳統的波形發生器通常由晶體管、運放 IC等分離元件制成 ；也可以 硬件電路搭接而成，如采用 555振蕩電路發生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路 徑之一，不用依靠單片機。但是這種電路存在波形質量差，控制難，可調范圍小，電路復雜和體積大等缺點 。 在科學研究和生產實踐中，如工業過程控制，生物醫學，地震模擬機械振動等領域常常要用到低頻信號源。而由硬件電路構成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的 RC 要很大。大電阻，大電容在制作上有困難，參數的精度亦難以保證。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復雜程度會大大增加。 與此相比，基于集成芯片的波形發生器具有高頻信號輸出、波形穩定、控制簡便等特點。其中，信號發生器是自 動化領域中的一個典型應用。因為現代的自動化控制中基本都會利用信號來控制設備的工作。設計師和測試工程師在設計驗證中為了模擬最壞情西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 2 況，會頻繁地使用任意波形發生器。在為了確定和驗證性能極限時而降低額定或加重信號時，任意波形發生器是一款理想的工具。它還被用來確定不可接受的噪聲水平、定時問題、信號電平異常、寬帶損耗、諧波失真，以及各種相關問題。利用信號的產生進行儀器的控制已經是自動控制中的一個重要手段，那么一個幅度、頻率、占空比以及波形可調的信號發生器的設計和完成更具有使用價值。只要將這個信號發生器設計的基本思路掌 握，不但可以融會貫通所學的專業知識還可以在以后工作中利用到，作為用來控制其他設備或設計的一個參考。 波形發生器研究的 目的及 意義 波形發生器是信號源的一種，它具有信號源所具有的特點，更因它高的性能優勢而倍受人們青睞。信號源主要給被測電路提供所需要的已知信號（各種波形），然后用其它儀表測量感興趣的參數。可見信號源在各種實驗應用和實驗測試處理中，它不是測量儀器，而是根據使用者的要求，作為激勵源，仿真各種測試信號，提供給被測電路，以滿足測量或各種實際需要。目前我國已經開始研制任意波形發生器，并取得了可 喜的成果。但總體來說，我國任意波形發生器還沒有形成真正的產業。就目前國內的成熟產品來看，多為一些 PC儀器插卡，我國目前在任意波形發生器的種類和性能都與國外同類存在較大的差距，因此加緊對這類產品的研制顯得迫在眉睫。 國內外波形發生器的發展狀況 任意波形發生器是能夠產生大量的標準信號和用戶定義信號，并保證高精度、高穩定性、可重復性和易操作性的電子儀器。任意波形發生器具有連續的相位變換和頻率穩定性等優點，不僅可以模擬各種復雜信號，還能對頻率、幅值、相移、波形進行動態、及時的控制，并能夠與其它儀器進行通訊 ，組成自動測試系統，因此被廣泛用于自動控制系統、震動激勵、通訊與儀器儀表領域。 近幾年來，國際上任意波形發生器技術發展主要體現在以下幾個方面： （ 1）過去由于頻率很低應用的范圍比較小，輸出波形頻率的提高，使得任意波形發生器應用于越來越廣的領域。任意波形發生器軟件的開發正使任意波形的輸入變得更加方便和容易。任意波形發生器通常允許用一系列的點、直線和固定的函數段把波形數據存入存儲器。同時可以利用一種非常強力的數學方程輸入方式，復雜的波形可以由幾個比較簡單的公式復合成 v=f（ t）形成的波形方程的數學 表達式產生。各種計算機語言的飛速發展也推動了任意波形發生器軟件技術的發展。目前可以利用可視化編程語言（如 Visual Basic Visual C 等等）編寫任意波形發生器的軟面板，這樣允許徒手從計算機顯示屏上輸入任意波形，來實現波形的輸入。 （ 2）隨著信息技術的蓬勃發展，臺式儀器在走了一段下坡路之后，又在繁榮起來。不過現在的臺式儀器的形態和幾年前的已有很大的不同。這些新一代臺式儀器具有多種特西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 3 性，可以執行多種功能。而且外形尺寸與價格都比過去的類似產品減少了一半。 本文所研究的內容 本論文 的任務是根據波形發生器的特點和應用情況，結合新一代高性能芯片及其外圍擴展系統設計一種使用簡單、性能優良的波形發生器，該波形發生器在改變頻率的情況下能產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波等波形。系統以 ICL8038 芯片為核心，配置相應的外設及接口電路，用 Protel 開發組成的一個多功能信號發生系統，電路設計具有典型性。本系統中任何一部分電路模塊均可移植與實用開發系統的設計中，電路設計具有實用性。 本設計將完成以下幾個方面的工作： ，盡量滿足一般工業控制要求，以增強其實用性。 在保證正確的前提下，盡量采用典型的電路設計。 Protel 軟件的使用。2 設計方案選擇 4 第二 章 設計 方案選擇 方案一 由文氏電橋產生正弦振蕩，然后通過比較器得到方波，方波積分可得三角波 。 : 文 氏 橋振 蕩 器方 波 形成 電 路三 角 波 形成 電 路頻 率 選 擇控 制直 流 電 源正 弦 波鋸 齒 波方 波 ： 文氏橋振蕩器（ RC 串 并聯正弦波振蕩器）產生正弦波輸出，采用 RC 串 并聯網絡作為選頻和反饋網絡，改變 RC的數值，可得到不同頻率的正弦波信號輸出。用 集成運放構成電壓比較器，將正弦波信號變換成方波信號輸出。用運放構成積分電路，將方波信號變換成三角波或鋸齒波信號輸出。 ： ① 優點 ： 這一方案為一開環電路，結構簡單，產生的正弦波和方波的波形失真較小 ① 。 ② 缺點： 但是對于三角波的產生則有一定的麻煩，因為題目要求有 較高 的頻率覆蓋系數，顯然對于 這樣 的頻率變化會有積分時間的變化從而導致輸出電壓振幅的 變化。而這是電路所不希望的。幅度穩定性難以達到要求， 而且 通過仿真實驗會發現積分器極易產生失調。 方案二 利用 ICL5G8038 芯片構成 8038 集成函數發生器。 ： 西安工業大學北方信息工程學院畢業設計（論文） 5 R C 振 蕩 電 路I C L 8 0 3 8 集 成 函 數信 號 發 生 器功 率 放 大 電 路直 流 電 源各 種 波 形 : 8038 集成函數發生器是一種多用途的波形發生器，可以用來產生正弦波、方波、三角波和鋸齒波，其振蕩頻率可通過外加的直流電壓進行調節，所以是壓控集成信號產生器。由于外接電容的充、放電電流由兩個電流源控制，所以電容兩端電壓 的變化與時間成線性關系，從而可以獲得理想的三角波 輸出。 8038 電路中含有正弦波變換器，故可以直接將三角波變成正弦波輸出。另外還可以將三角波通過觸發器變