通信工程毕业设计(论文)多种波形发生器的设计.doc
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1、西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计(论文)题目:多种波形发生器的设计系 (部): 电子信息系 专 业: 通信工程 班 级: 学 生: 学 号: 指导教师: 2011年06月毕业设计(论文)任务书系别 电子信息系 专业 通信工程 班级姓名学号 1.毕业设计(论文)题目: 多种波形发生器的设计 2.题目背景和意义:正弦波和非正弦波发生电路常作为信号源被广泛地应用于无线电通信以及自动测量和自动控制等系统中。通常把既能产生正弦波又能产生三角波、方波、锯齿波等非正弦输出信号的电路叫做函数信号发生器。在电子技术应用领域,要求信号源的温度、频率的稳定性都比较高。3.设计(论文)的主要内容(理工科含技术
2、指标): (1)方式:采用集成芯片搭外接电路(2)基本功能:产生方波,正弦波,三角波等多种波形 (3)认识和分析各部分电路原理及参数计算 (4)开发工具:protel99se 5)以实际应用为目的进行分析、设计和实现 (6)论文撰写符合管理规范手册要求。4.设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点):(1)选题、收集资料、确定开发工具、理解题目、开题报告3周,2011年03月05日前(2)需求分析(需求说明书)、开发计划(项目计划书)2周,2011年03月15日前(3)规划总体方框图以及各部分电路方框图2周,2011年04月05日前(4)画各部分电路图2周,2011年04月20日前(5)
3、系统集成2周,2011年05月05日前(6)系统测试1周,2011年05月10日前(7)导师验收1周,2011年05月10日前(8)完成论文1周,2011年5月15日前5.毕业设计(论文)的工作量要求 撰写15000字论文 实验(时数)*或实习(天数): 图纸(幅面和张数)*: 其他要求: 查阅资料不少于10份 指导教师签名: 年 月 日 学生签名: 年 月 日 系主任审批: 年 月 日多种波形发生器的设计摘 要波形发生器亦称为函数信号发生器,是一种能够产生多种波形,如三角波,锯齿波,方波,正弦波等波形的电路。常用的信号发生器绝大部分是有模拟电路构成的,当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往
4、需要的RC值很大,这样不但参数准确度难以保证,而且体积和功率都很大,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大,价格昂贵。因此,高精度,宽调幅,低价格将成为信号发生器的发展趋势。对于多波形发生器的设计,有两种方案:1.可以先产生正弦波,根据周期性的非正弦波与正弦波所呈现的某种确定的函数关系,再通过整形电路将正弦波转换为方波,经过积分电路后将其变为三角波。2.利用可以同时产生三角波,方波,正弦波的芯片,再搭外接电路构成的函数信号发生器。本次设计是以ICL8038集成块为核心器件,制作一种函数信号发生器。该芯片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
5、0.001Hz30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。通过振荡电路产生正弦波,然后通过变化电路产生其他波形,再通过功率放大电路已达到所需的波形。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。 关键词: ICL8038;波形;原理图;常用接法Various waveform generator designAbstractWaveform generator also called function signal generator, is a kind of can produce various waveform, such as triangle wave, sawtooth
6、wave, such as pulse waveform circuit, sine wave. Common signal generator majority is composed of a analog circuit, when the analog signal generator for low-frequency signal output often require RC value is very big, such not only parameters, and hard to ensure accuracy of size and power are large, b
7、ut by digital circuit consists of low frequency signal generator, although its low-frequency performance is good but big volume and expensive. Therefore, high accuracy, low price, wide band will be the development trend of the signal generator. For many waveform generator design, have two kinds of s
8、chemes: 1. Can be produced according to the first, the sinusoidal periodic sine wave and sine waves that presents a certain function relation, again through plastic circuit will sine wave, after converting square-wave after to turn the integral circuit triangle wave. 2. Use can also produce triangle
9、 wave, the chip, sine pulse, then take an external circuit consists of function signal generator.This design is the core component integrated blocks ICL8038, making for a function signal generator。This chip is one kind has the various waveform output precision oscillation integrated circuits, need o
10、nly individual external components can produce the 30KHz Hz from 0.001 low distortion sinusoidal, triangle wave, rectangle wave etc pulse signal. Through the oscillating circuit produce sine wave, then through other waveform, produce change circuit through power amplifier circuit again already achie
11、ve desired waveform. The output waveform of frequency and occupies emptiescompared to still can control by current or resistance. Key Words: ICL8038;waveform ;diagram;commonly used after method目 录第一章 绪论11.1概述11.2波形发生器的背景及其应用11.3 波形发生器研究的目的及意义21.4 国内外波形发生器的发展状况21.5 本文所研究的内容3第二章 设计方案选择42.1 方案一42.2 方案二
12、4第三章 单元信号发生器的基本原理63.1 函数发生器的组成63.2 方波发生器63.3 三角波发生器73.4 正弦波发生器10第四章 单元电路的设计124.1直流稳压电源124.1.1稳压电源设计思路124.1.2 直流稳压电源原理124.1.3设计方法简介134.2 振荡电路154.2.1 RC振荡器的设计154.3功率放大器174.3.1 OTL 功率放大器17第五章 调制信号发生器的原理与分析195.1 ICL8038 芯片简介195.2 ICL8038的应用195.3 ICL8038原理简介195.4 电路分析205.5工作原理235.6 正弦函数信号的失真度调节235.7 ICL8
13、038的典型应用24致 谢26心得体会27参考文献28附录1: 直流电源原理图29附录2: 电路原理图30附录3: 元器件清单31附录4: PCB原理图33附录5: protel99简介.34毕业设计(论文)知识产权声明35毕业设计(论文)独创性声明36第一章 绪论1.1概述 波形发生器是在1975年开发成功的。从此,波形发生器产品增加了一个新品种。在波形发生器作为测量用信号激励源进入市场之前,为了产生非正弦波信号,已使用函数发生器提供三角波、斜波、方波和余弦波等几种特殊波形。声音和振动分析需要复杂调制的信号源,以便仿真真实的信号,只有借助任意波形发生器,例如医疗仪器测试往往需要心电波形,任意
14、波形发生器很容易产生各种非标准的振动信号。早期的波形发生器主要着重音频频段,现在的波形发生器已扩展到射频频段,它与数字示波器(DSO)密切配合,只要数字示波器捕获的信号,波形发生器就能复制出同样的波形。在电路构成上,数字示波器是模拟/数字转换,波形发生器是数字/模拟的逆转换,目前波形发生器的带宽达到2GHz,足够仿真许多移动通信、卫星电视的复杂信号。1.2波形发生器的背景及其应用 波形发生器又称函数信号发生器,作为实验信号源,是一种不需要输入信号而能产生各种周期性波形输出的电子装置。按照产生的波形来分,有正弦波发生器和非正弦波发生器两大类。非正弦波发生器又包括方波、三角波、锯齿波等。波形发生器
15、的应用范围很广,几乎覆盖了所有行业。凡是需要使用其它标准信号源所不能提供的激励信号的应用,都可能是任意波形发生器的用武之地;在通信、测量和遥控等许多技术领域有着广泛的应用;在现代社会中,自动化技术已经渗透到社会生活的各个领域中;在超声波测量技术中,超声换能器(发射换能器和接收换能器)是超声波检测技术的核心部件;高精度、宽频率范围、高稳定性的激励源对于发射换能器及超声检测系统性能的改善和提高起着至关重要的作用。传统的波形发生器通常由晶体管、运放IC等分离元件制成;也可以硬件电路搭接而成,如采用555振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一,不用依靠单片机。但是这种电路存在波形质量
16、差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意,而且由于低频信号源所需的RC要很大。大电阻,大电容在制作上有困难,参数的精度亦难以保证。体积大,漏电,损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加,则电路复杂程度会大大增加。与此相比,基于集成芯片的波形发生器具有高频信号输出、波形稳定、控制简便等特点。其中,信号发生器是自动化领域中的一个典型应用。因为现代的自动化控制中基本都会利用信号来控制设备的工作。设计师和测试工程师在设计验证中为了模拟最坏情况,会频繁
17、地使用任意波形发生器。在为了确定和验证性能极限时而降低额定或加重信号时,任意波形发生器是一款理想的工具。它还被用来确定不可接受的噪声水平、定时问题、信号电平异常、宽带损耗、谐波失真,以及各种相关问题。利用信号的产生进行仪器的控制已经是自动控制中的一个重要手段,那么一个幅度、频率、占空比以及波形可调的信号发生器的设计和完成更具有使用价值。只要将这个信号发生器设计的基本思路掌握,不但可以融会贯通所学的专业知识还可以在以后工作中利用到,作为用来控制其他设备或设计的一个参考。1.3 波形发生器研究的目的及意义 波形发生器是信号源的一种,它具有信号源所具有的特点,更因它高的性能优势而倍受人们青睐。信号源
18、主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形),然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中,它不是测量仪器,而是根据使用者的要求,作为激励源,仿真各种测试信号,提供给被测电路,以满足测量或各种实际需要。目前我国已经开始研制任意波形发生器,并取得了可喜的成果。但总体来说,我国任意波形发生器还没有形成真正的产业。就目前国内的成熟产品来看,多为一些PC仪器插卡,我国目前在任意波形发生器的种类和性能都与国外同类存在较大的差距,因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。 1.4 国内外波形发生器的发展状况任意波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号,并保证高精度、高稳定
19、性、可重复性和易操作性的电子仪器。任意波形发生器具有连续的相位变换和频率稳定性等优点,不仅可以模拟各种复杂信号,还能对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制,并能够与其它仪器进行通讯,组成自动测试系统,因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯与仪器仪表领域。 近几年来,国际上任意波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面: (1)过去由于频率很低应用的范围比较小,输出波形频率的提高,使得任意波形发生器应用于越来越广的领域。任意波形发生器软件的开发正使任意波形的输入变得更加方便和容易。任意波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种非常强力的数学方
20、程输入方式,复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f(t)形成的波形方程的数学表达式产生。各种计算机语言的飞速发展也推动了任意波形发生器软件技术的发展。目前可以利用可视化编程语言(如Visual Basic Visual C等等)编写任意波形发生器的软面板,这样允许徒手从计算机显示屏上输入任意波形,来实现波形的输入。 (2)随着信息技术的蓬勃发展,台式仪器在走了一段下坡路之后,又在繁荣起来。不过现在的台式仪器的形态和几年前的已有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性,可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格都比过去的类似产品减少了一半。1.5 本文所研究的内容 本论文的任务是根据波形发生
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