电子技术课程设计多功能信号发生器.doc

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1、广东技术师范学院天河学院电子技术课程设计报告题 目： 多功能信号发生器 系 别： 电气工程系 专 业： （本）电力系统及其自动化 班 级： 082 姓 名： 学 号： 2008601543203 指导教师： 设计日期： 2010年12月13日-12月24日 2010年12月24日多功能信号发生器摘 要：本电子技术课程设计采用集成函数信号发生器MAX038为核心进行设计的多功能信号发生器，结合该芯片的特点设计相应的外围电路使其具有正弦波、方波和三角波三种基本波形的输出与选择，并能通过外电路实现基本频率调节、占空比调节以及幅值的调节，使其能够满足基本实验所需要的要求。关键词：函数；信号；发生器；M

2、AX038；正弦波；方波；三角波目 录摘要11 引言42 多功能信号发生器 4 2.1 设计要求42.2 集成函数信号发生器MAX0384 2.2.1 MAX038的性能特点4 2.2.2 MAX038引脚功能5 2.2.3 MAX038工作原理62.3 设计框图62.4 各单元电路设计7 2.4.1 MAX038接口电路7 2.4.2 波形选择单元电路8 2.4.3 频段选择单元电路9 2.4.4 频率粗调-频率微调-15%85%占空比调节-50%占空比精调单元电路10 2.4.5 输出幅值放大调节单元电路13 2.4.6 直流稳压电源单元电路143 仿真144 心得体会16致谢16参考文献

3、17附录1 电路原理图（Protel）18附录2 元件清单261 引言信号发生器广泛应用于各种电子技术领域，也是电子实验室的基本设备之一。在各类学校实验室里广泛使用的是信号发生器的标准产品，虽然其功能齐全，性能指标较高，但是价格昂贵，同时对于要求不高的实验环境，其许多功能也用不上。本设计采用集成函数信号发生器MAX038而设计的简易多功能信号发生器，该电路结构简单，虽然功能和性能指标比不上标准信号发生器，但基本可以满足一般的实验要求，且成本相对较低。2 多功能信号发生器2.1 设计要求采用集成函数发生器设计相应的外围电路，实现正弦波、方波和三角波三种基本波形的选择与输出，输出频率范围在10Hz

4、5MHz之间，并具有频段选择、频率粗调、频率细调、占空比在15%85%之间可调、50%占空比精确调节以及输出010V峰峰值调节等基本功能。2.2 集成函数信号发生器MAX038目前广泛应用的函数发生器芯片是ICL8038，它的最高振荡频率仅为100kHz，而且三种输出波形从不同的引脚输出，使用很不方便。MAX038是美国马克西姆公司（MAXIM）开发的新一代函数信号发生器，是ICL8038的升级产品。在适当调整其外部控制条件时，它可以产生准确的高频正弦波、方波、三角波信号，起输出信号的峰峰值精确的固定在2V，频率从0.1Hz20MHz连续可调，最高振荡频率可达40 MHz。占空比最大从15%8

5、5%连续可调。由于在MAX038芯片内采用了多路选择器，使得三种输出波形可通过A0、A1引脚上电平的不同组合，从而选择选择不同的输出波形并从同一个引脚输出，而且输出波形的切换时间小于0.3s，使用更加方便。2.2.1 MAX038的性能特点能精密地产生三角波、方波、正弦波信号。频率范围从0.1Hz20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度峰峰值均为2V。占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是15%85%。波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比调节时非线性度低于2%。采用5V双电源供电，允许有5%变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400

6、mW，工作温度范围为070。内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节。低阻抗定压输出，输出电阻典型值0.1欧姆，具有输出过载/短路保护。内部功能齐全，外围电路简单，使用方便。2.2.2 MAX038引脚功能1REF 基准电源2.50V输出；26、9、11、18GND接地(5个地内部不相连，需外部连接 )；3A0波形选择输入，兼容TTL/COMS电平；4A1波形选择输入，兼容TTL/COMS电平；5COSC外接振荡电容器COSC；7DADJ 脉冲波占空比调节输入；8FADJ 振荡频率调节电压输入；10IIN 振荡频率参考电流输入；12PDO 相位

7、检测器输出，如果不使用相位检测器则接地；13PDI 相位检测器同步信号输入，如果不用相位检测器则接地；14SYNC同步脉冲输出，由DGND至DV+间的电压作基准，允许用外部信号同步内部振荡器，兼容TTL/COMS电平，如果不用则悬空；15DGND 数字电路部分接地开路时则禁止SYNC或未使用SYNC；16DV+ 数字电路+5V电源输入端，如果不用SYNC可悬空；17V+ 电源+5V输入端；19OUT 信号输出端；20V- 电源-5V输入端。2.2.3 MAX038工作原理MAX038的内部框图如下图所示。主要包括主振器，主振控制器，2.50V基准电压源，正弦波形成器，方波形器，比较器，多路选择

8、器，输出级和相位检测器。在COSC与COM之间接上振荡电容， IIN向充电和放电，即可形成振荡，产生一个三角波和两个矩形波。图中，振荡器输出的三角波经正弦波形成器变换成等幅，低失真的正弦波。多路模拟开关则从输入的利用恒定电流正弦波，三角波和矩形波中选择一种，作为输出。波形种类由地址A0，A1的逻辑电平来设定。与此同时，三角波还经过比较器从SYNC端输出，可作为外部振荡器的同步信号。2.3 设计框图 频段选择 频率粗调 频率细调 波形选择 MAX038 幅度放大调节 15%-85%调节 占空比选择 50% 精调2.4 各单元电路设计2.4.1 MAX038接口电路如图所示，该电路为集成函数发生器

9、MAX038与外围各单元电路的接口部分。A0、A1为波形选择单元电路输入接口；REF为2.5V基准电压输出接口；COSC为频段选择单元电路输入接口；IIN为频率粗调单元电路输入接口；FADJ为频率细调单元电路输入接口；DADJ为占空比调节单元电路输入接口；OUT为输出幅值放大调节单元电路输出接口。由于此电路设计不使用相位检测以及同步信号输出，故将SYCN、DV+、DGND、PDO悬空，PDI接地。V+、V-分别接+5V和-5V，将5个GND端接地，为MAX038提供工作电源。C1、C2、C3、C4和C5均为滤波电容。2.4.2 波形选择单元电路 当A1=1，A0=X时，MAX038输出正弦波，

10、当A1=0，A0=0是，MAX038输出方波，当A1=0，A0=1时，MAX038输出三角波。如图所示，该电路采用二输入四与非门74LS00构成双触发器来实现波形选择与指示功能。其中U6A与U6B组成一组RS触发器，U6C与U6D组成另一组RS触发器。当按下正弦波轻触开关S2时，U6A与U6B组成的RS触发器3脚置高电平1，使得A1=1，此时不管A0为高低电平，MAX038输出正弦波，同时使LED7导通发光，LED8和LED9截止，指示正弦波。当按下方波轻触开关S3，U6C与U6D组成的RS触发器8脚置高电平，11脚置低电平，使得A0=0。U6A与U6B组成的RS触发器5脚经过二极管D1和方波

11、轻触开关S3接地，使得3脚置低电平，即A1=0。此时MAX038输出方波，同时使LED8导通发光，LED7和LED9截止，指示方波。当按下三角波轻触开关S4，U6C与U6D组成的RS触发器8脚置低电平，11脚置高电平，使得A0=1。U6A与U6B组成的RS触发器5脚经过二极管D2和三角波轻触开关S4接地，使得3脚置低电平，即A1=0。此时MAX038输出三角波，同时使LED9导通发光，LED7和LED8截止，指示三角波。R15、R16、R17分别为LED7、LED8、LED9的限流电阻。C17为U6的电源滤波电容。利用二极管D1、D2的单向导通性使U6C与U6D组成的RS触发器两输入端不能同时

12、有效。2.4.3 频段选择单元电路如图所示，由二输入四与非门74LS00其中的U3C与U3D构成的RS触发器起到按键消抖的作用，使得当频段选择轻触开关S1按下与松开时，U3C与U3D构成的RS触发器能稳定输出一个脉冲给四位二进制加法计数器74LS161的脉冲输入端CLK，放置因机械按键抖动造成多次脉冲计数的问题。每按一次频段选择轻触开关S1时，U3C与U3D组成的RS触发器11脚输出一次脉冲给四位二进制加法计数器74LS161，使74LS161输出端QC QB QA一次输出000到101，当输出端QC QB QA输出110时，由于高两位11经过U3A与非门送到74LS161的异步轻零端CLR，

13、使74LS161输出端QC QB QA重新置为000。74LS161输出端QC QB QA分别送到3线-8线二进制译码器74LS138的输入端C B A,使74LS138对应输出端Y0Y5其中一路有效，输出低电平，从而使对应的继电器和发光二极管工作。继电器线圈得点，使继电器常开触头吸合，对应电容器接地，使MAX038的COSC端接入对应的外接振荡电容，不同的电容器容量值不一样，从而接入不同的电容器使MAX038产生的振荡频率也不一样，实现频段的选择。COSC为频段选择外接振荡电容器输入，其允许外接电容器的容量范围为20pF到100F之间。当V时，输出振荡频率：其中IIN电流输入范围可从2A到7

14、50A之间变化，推荐参考范围为10A到400A之间。当取10A到100A时：分别为20pF、100pF、1000pF、0.01F、0.1F、1F所对应的频率范围分别为：5MHz1MHz、1MHz100kHz、100kHz10kHz、10kHz1kHz、1kHz100Hz、100Hz10Hz。R1R6分别为LED1LED6的限流电阻。C12、C13、C36分别为U2、U4、U3的电源滤波电容。2.4.4 频率粗调-频率微调-15%85%占空比调节-50%占空比精调单元电路如图所示，RET为MAX038的2.5V基准电压输出。可由电流源或电压源与电阻串联来驱动，当用电压源与电阻串联来驱动时：由图可

15、知，此时：V由前面可知，取10A到100A之间，故应取25k到250k之间，取R8=25k，RP1=220K。此时当频段选择外接振荡电容器确定且时，用电压源与电阻串联的振荡器振荡频率：从而通过调节RP1的输入阻值来实现频率的粗调。一旦由设置后，输出频率还可以由调节。当已知时, 频率为： FADJ上的电压允许变化范围从-2.4V到+2.4V，如果超出了+/-2.4v会导致输出频率的不稳定 。则由FADJ调节的频率输出范围是FADJ=0时的0.3倍到1.7倍。接在REF和FADJ 之间的可变电阻 可调整频率:取为-2.4V到+2.4V之间，则应取400到19.6k之间，取R9=430，RP2=20

16、K。从而通过调节RP2的输入阻值来实现频率的细调。改变DADJ端的电压，能控制波形的占空比D。当=0V时，占空比D=50%；DADJ上的电压允许变化范围从-2.3V到+2.3V 。当=+2.3-2.3v时，占空比D从15%变化到85%，其占空比的计算公式为：接在REF和DADJ之间的可变电阻可调整占空比：取为-2.3V到+2.3V之间，则应取800到19.2k之间，取R10=820，RP3=20K。从而通过调节RP3的输入阻值来实现15%85%占空比的调节。DADJ引脚还可以用来减小正弦波的失真。未调整(V)的占空比是502，而偏离准确的50时将产生偶次谐波，这时加一个调整电压(典型值为小于1

17、00 mV)到DADJ，就可以减小失真。如图所示，利用运算放大器A747构成的50%占空比精调电路，其中U5A构成反向比例运算电路，其电压放大倍数：U5B构成电压跟随器，减小输出阻抗。从而通过调整RP4可以使正弦波失真最小，更趋近于得到理想的波形。拨动开关SW1可实现电压微调转换与占空比调节转换。C14、C15分别为A747正负电源的滤波电容；C16为MAX038的REF端2.5V基准电压的滤波电容。2.4.5 输出幅值放大调节单元电路输出幅值放大电路由MAX422构成，MAX422是一个高速双通道，250V/s转换率、140MHz（带宽）视频放大的放大器。引脚功能如下：13.IN0、IN1

18、同相输入端，由8脚A0电平决定2GND 接地；4V- 电源-5V输入端；5IN- 反向输入端；6 输出端；7V+ 电源+5V输入端。如图所示，MAX038输出端OUT经RP5分压送到由MAX442构成的交流反向比例运算电路，其电压放大倍数：则从P1端输出的最大电压峰峰值为V。当调节幅度调节RP5使可是P1端输出电压峰峰值在0V到20V之间变化，从而实现输出幅值放大调节。C18、C19分别为MAX正负电源的滤波电容。R22为平衡电阻：2.4.6 直流稳压电源单元电路 如图所示，交流电源220V经T1变压器变为双18V/35W交流电源输出，过开关S5后经1A整流桥堆D3输出直流电压，再由电容C20

19、C35和稳压管7815、7915、7805、7905稳定输出15V和5V直流电压。LED10和LED11分别为正负电源指示灯，R20、R21为LED10和LED11的限流电阻，其功率为0.5W。3 仿真应用仿真软件Multisim 11.0进行仿真，其输出波形如图所示：3 心得体会 通过本次电子技术的课程设计，我充分的结合自己所学的理论知识，用理论指导实践，同时实践也反过来指导理论设计。例如四位二进制加法器74LS161通过按键输入脉冲信号的问题，尽管只是一个很简单的原理，但在实践上却遇到了机械按键会产生抖动的问题，一开始很茫然为什么不能正常工作，也费劲心思查阅了相关资料，但最后终于却明白了去抖电路消除按键抖动的原理。这也证明，仅仅只有理论知识是无法解决实践中所遇到的实际问题，我们必须通过实践与理论相结合的方式去提高自己的专业技术水平。尽管到最后还未能解决输出幅值放大失真的问题，但我相信，通过不断的实践与尝试和知识的扩展是可以解决的。致谢感谢为电气工程系领导、老师对我们本次课程设计大力支持，同时也感谢电气工程系张雨沐老师对我们的精心指导！参考文献1 胡宴如.耿苏燕.模拟电子技术基础.高等教育出版.2004年.2 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.高等教育出版社.2006年.附录1电路原理图（Protel）附录2元件清单