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1、信号发生器设计答辩 简易信号发生器 设计报告 设计： XXX 学号：XXX 目录 1 技术背景2 2 各个设计方案及其比较 3 2.1 方案一 2.2 方案二 2.3 方案三 2.4 方案比较及最后采取 3 各方案各单元的设计电路5 3.1 方案一 3.2 方案二 3.3自制稳压电源 4 可能遇到问题及其解决方法7 4.1方案一中可能遇到的问题 4.2方案二中可能遇到的问题 1 技术背景 1.1信号发生器介绍 信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。按信号波形可分为正弦信号、函数（波形）信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的
2、应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。 1.2任务及要求 1.2.1任务 设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，其系统框图如图1所示。 1.2.2基本要求 （1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形； （2）输出信号频率在100Hz100kHz范围内可调, 输出信号频率稳定度优于 10-3 （3）输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在05V范围内可调； （4）输出信号波形无明显失真； （5）自制稳压电源。 2 各个设计方案及其比较 2.1 方案一 采用ICL8
3、038芯片，ICL8038是一个能够输出三种波形的精密型集成电路，只需要调整外部的相关电容，电阻值就可以产生方波，三角波，正弦波低失真的脉冲信号。在外界温度变化时产生低的频率漂移，工作变化周期宽，占空比可调，具有较高的电平输出范围，容易使用的特点。具有电源电压范围宽，稳定度高，精度高等特点。只需调节外部阻容(RC)值达到改变振荡频率的目的。 2.2 方案二 采用分立运算放大器（单片机产生方波)，然后使用传统的波形转换方法。这种方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产
4、生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 2.3 方案三 使用ATNEGA16A为核心设计一个dds函数信号发生器,其输出的信号经过LM358放大处理,并在其中安插可变电阻,使其输出信号幅值在一定范围内可调。 2.4 方案比较及最后采取 基于实验要求“采用DDS函数信号放大器制作”，下表是对上述三种方案的比较： 优点缺点实施性 （满10分） 方案一（ICL8038）（1）成本低，只需一个芯片 及少量外部器件； （2）实施性高，电路简单， 设计方便； （3）灵敏度高，可以通过调 节外部电路的电阻（即RC）， 实现调节频率和幅值； （4）正弦波失真度低于1%， 有良好的稳定性； （5）有相当高的
5、电平输出 范围：最高28V； （6）发生温度变化时，有很 低的频率漂移，最大不超过 50ppm/； （7）失真度满足1的基本 要求。 （1）无法精准的调节频率 大小； （2）产生的频率很低，只能 在0.001Hz300KHz低失真 波形； 10 方案二（分立运算）（1）可以实现快速频率变 换； （2）具有低相位噪声以 及所有方法中最高的工 作频率； （3）可以通过调节外部电 路的电阻，实现调节幅值； （4）通过按键即可调节频 率。 （1）成本高，产生波形需要 通过大量的积分，比较，滤 波等环节，直接导致需要大 量器件； （2）大量器件的连接造成 电路实施性不高，容易损坏 等缺点； （3）复杂的
6、电路会导致 体积庞大、成本高，而且 容易产生过多的杂散分 量，难以达到较高的频谱 纯度（失真小于1）； 5 方案三（1）实施性高，电路简单， 稳定性好； （2）可以轻易准确的控制 幅值和频率； （1）单片机使用较为复杂， 易学难精，在设计信号发生 器程序时，难度非常高； （2）成本很高，DDS芯片很 贵。 7 （ATM EGA16 A）（3）产生波形在低频下具有非常高的精度； （4）可以通过编程控制产生信号，方便快捷，并且拥有很多的功能扩展。 经比较我认为如果只要求做出满足“基本要求”的信号发生器，我建议采用方案二实现！ 这里我将采用所有方案分别制作信号发生器，证明是哪种方式最适合制作信号发生
7、器。 3 各方案各单元的设计电路 3.1 方案一 ICL8038的芯片结构图如下： 其中最重要几个引脚如下： 脚1、12（Sine Wave Adjust）：正弦波失真度调节； 脚4、5（Duty Cycle Frequency）：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对 称调节； 脚8(FM Sweep)：频率调节； 3.2 方案二 基于分立运算放大器： 该方案分为单片机最小系统电路；方波放大电路；积分电路转三角波、三角波放大电路；低通滤波电路转正弦波、正弦波放大电路共四部分 3.3方案三 基于ATMEGA16A的DDS函数信号发生器 设计电路图大致如上，通过对ATM芯片的编程在16MHz晶振的
8、结合下可以输出多种函数波形，然后做一些运放调整可得出精确的波形。 4.1方案一中可能遇到的问题 基于ICL8038芯片制成的信号发生器预测实验，最容易出现的问题就是正弦波失真较严重。 做预测性试验时，我给ICL8038的电压为10V，我认为这是导致波形失真严重的主要原因。以后实验中我准备给它5V的电压进行验证。 4.2方案二中可能遇到的问题 分立式运算放大器，具有实现快速频率变换、低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率，但是由于过多的元器件，导致体积庞大，容易产生过多的杂散分量。 4.3方案三 实验设计的DDS信号发生器理论最高频率可达到60KHz，实际测量中达到40KHz时便出现失真现象。