2013年函数信号发生器的设计报告.doc

目录一、 设计要求11.1 设计目的11.2 设计任务与要求21.21设计任务21.22设计要求2二、设计方案与论证2三、设计原理及电路图43.1 ICL8038函数发生器方框图43.2 ICL8038引脚排列图4四、 元器件清单7五、 元器件的识别与检测85.1色环电阻识别方法85.2电容的识别方法8六、 硬件电路制作与调试96.1硬件电路的调试96.2电路仿真分析10七、设计心得11八、参考文献12一、 设计要求1.1 设计目的 以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。1.2 设计任务与要求1.21设计任务设计一个能产生正弦波、方波、三角波及单脉冲信号发生器。1.22设计要求1、输出频率f=20Hz5KHz连续可调的正弦波、方波和三角波。2、输出幅度为5V的单脉冲信号。3、输出正弦波幅度V0=05V可调，波形的非线性失真系数5。4、输出三角波幅度V0=05V可调。5、输出方波幅度可在V0=012V之间可调。6、具有单脉冲输出功能。 二、设计方案与论证随着集成制造技术的不断发展，多功能信号发生器已被制作成为专用集成电路。该集成电路使用方便，调试简单，性能稳定，它不仅能产生正弦波，同时还能产生三角波和方波。 ICL8038就是其中的一种，采用这种芯片只需要简单的外围电路就可以实现三种波形的输出。 由图2可见，管脚8为调频电压控制输入端，管脚7输出调频偏置电压，其值（指管脚6与7之间的电压）是(VCC+VEE/5) ，它可作为管脚8的输入电压。此外，该器件的方波输出端为集电极开路形式，一般需在正电源与9脚之间外接一电阻，其值常选用10kW左右，如图3所示。 当电位器Rp1动端在中间位置，并且图中管脚8与7短接时，管脚9、3和2的输出分别为方波、三角波和正弦波。电路的振荡频率f=0.3/C(R1+RP1/2) 。调节RP1、RP2可使正弦波的失真达到较理想的程度。 图3 在图3中，当RP1动端在中间位置，断开管脚8与7之间的连线，若在+VCC与-VEE之间接一电位器，使其动端与8脚相连，改变正电源+VCC与管脚8之间的控制电压（即调频电压），则振荡频率随之变化，因此该电路是一个频率可调的函数发生器。如果控制电压按一定规律变化，则可构成扫频式函数发生器。三、设计原理及电路图3.1 ICL8038函数发生器方框图 图1 3.2 ICL8038引脚排列图图2 图1是ICL8038多功能函数信号发生器的原理框图。它由一个恒流充放电振荡电路和一个正弦波变换器组成,恒流充放电产生方波和三角波,三角波经正弦波变换器输出正弦波.图中两个比较器组成一个参考电压分别设置在和上的窗口比较器。两比较器的输出分别控制R-S触发器的置位端和复位端。两个恒流源担任对定时电容C的充放电，而充电与放电的转换则为R-S触发器的输出通过电子开关S的通或断来进行控制。 电路设计，当电子开关S断开时，电路对外接电容C充电，当电子开关S接通时，电容C放电，所以在电容C上产生线性良好的三角波，经缓冲器由3脚输出。为了得到在比较宽的频率范围内由三角波到正弦波的转换，一个由电阻与晶体管组成的折线近似转换网络将三角波转换成正弦波，由2脚输出，而用于控制开关S的信号，即R-S触发器的输出，就是一方波，经缓冲器由9脚输出。恒流充放电振荡电路输出方波的振荡频率由下式决定： 。其中是窗口电压比较器的上、下限门槛电压之差。对于，若取，则函数发生器产生典型的方波、三角波、正弦波。其振荡频率变为：。 若外部电路控制两恒流源的比值，则可得到矩形波和锯齿波输出。但此时不能获得正弦波输出。 四、 元器件清单序号型号主要参数数量备注1电流源5A12电流源10A13电阻R10K34电位器100K15电位器1K16电容C4.7nF17开关S18比较器C29缓冲器210触发器111正弦变换器112ICL8038芯片113电源VCC+10V114地VEE_10V1五、 元器件的识别与检测5.1色环电阻识别方法 是因为电阻上面用了四道色环或者五道色环来表示电阻值。可以从任意角度一次性的读取代表电阻值的颜色信息。例如，带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几K、还是几十几K的，再将前两环读出的数"代"进去，这样就可很快读出数来。5.2电容的识别方法 一般用三位数表示容量的大小，前面两位数字为电容器标称容量的有效数字，第三位数字表示有效数字后面零的个数，它们的单位是pF。 电位器的电阻体有两个固定端，可通过手动调节转轴或滑柄改变动触点在电阻体上的位置，来改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变电压与电流的大小。 电位器是一种可调的电子元件，由电阻体、滑动臂、转轴、外壳和焊片等构成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。 电位器是一种可调的电子元件，由电阻体、滑动臂、转轴、外壳和焊片等构成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。六、 硬件电路制作与调试6.1硬件电路的调试 此设计，外围电路不多，少数电容与电阻，一个ICL8038这里的检查主要是查芯片的电源电压，经了解，8038芯片很容易因为正负电源接错或引脚电压电流过高而烧毁，所以在这方面检查的时候特别重点测试了此芯片座，结果如下：4、5在1mA范围内，6脚对地电压为+10V；11脚对地电压为-10V。于是将ICL8038芯片放入准备调试整个电路功能。电子系统的调试步骤一般有： 明确调试任务。 例举测试项目。 鼓掌诊断及调整。 对于本次设计-多功能信号发生器的调试，需要的主要仪器有：万用表、示波器。在测量之前要再次检查ICL8038各脚电压，测量电源输出，示波器完好可用，一切准备就绪就可开始测量。 将示波器分别接管脚9、3和2，对应的的输出分别为方波、三角波和正弦波。调节RP1、RP2可使正弦波的失真达到较理想的程度。 电路的振荡频率计算公式为：f =0.3/C(R1+RP1/2) 6.2电路仿真分析9号端口输出波形为方波，如图3号端口输出为三角波，如图 2号端口输出为正弦波，如图七、设计心得在这次课程设计中，我的电子测量老师赵亚威老师给予我很大的帮助与鼓励，让我有信心和毅力完成本次的课程设计任务。在这次设计、焊接过程中我对抽象的理论有了进一步的认识。通过这次课程设计，我了解了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。虽然这次实验使得我纠结了近一天，但收获的确很多。在这次实验中，总结了很多感触体会，我们不能盲目的图快，一定要在心底有个具体的谱然后下手去焊接，这样能让我们少走弯路，更加节省时间。在实验过程中，我也遇到了不少的问题，如波形失真，电路板测试时甚至不出波形这样的问题。在老师和同学的帮助下，自己的总结思索下，把问题一一解决。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，这次实验让我对过去未理解的很多知识有了明了的认识。这次课程设计让我体会到了在接好电路后测试出波形的喜悦与如重释负的轻松。此课程的设计，真的让我认识到了实践能力的的重要性与真实性。这能让我们很好的加深对不知道的理论知识的理解，同时也巩固了以前知道的知识。明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。这次课程设计让我意识到运用所学的知识去解决实际的问题的重要性，我们学理工科的同学应更多的锻炼提高我们的动手能力。八、参考文献 【1】陈尚松 编 电子测量与仪器（第二版） 电子工业出 版社【2】康华光 编 电子技术基础-模拟部分（第五版） 高等教育出版社【3】夏宇闻 编 Verilog数字系统教程(第二版) 北京航空航天大学出版社【4】祁才君 编 数字信号处理技术的算法分析与应用 机械工业出版社【5】马忠梅 编 单片机的C语言应用程序设计（第三版） 北京航空航天大学出版社13