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1、 编号： 2012028 本科生毕业论文（设计）题 目： 集成函数发生器的设计 学 号： 姓 名： 系 别： 专 业： 班 级： 指导教师： 教师职称： 完成时间： II目 录内容摘要IAbstractII1 绪 论11.1 课题设计的目的11.2 课题设计的意义11.3 课题的研究方向12. 信号产生方案的选择12.1信号产生部分的多种实现方案简介12.1.1 数字实现方案12.1.2 模数结合的实现方案22.1.3 模拟电路的实现方案22.2 方案的确立22.3 需要注意的问题23.各部分电路的设计23.1 功能要求23.2 模拟电路实现信号产生的方式23.2.1 方案一23.2.2 方案
2、二33.3产生方波三角波正弦波的电路工作原理43.3.1 方波发生电路的工作原理43.3.2方波-三角波转换电路的工作原理53.3.3三角波-正弦波转换电路的工作原理73.4电路元器件的参数选择103.4.1.方波部分103.4.2方波-三角波部分103.4.3.三角波-正弦波部分103.5 总电路图104. 电路波形仿真114.1 EWB软件简介114.2波形仿真分析114.2.1 方波-三角波电路仿真114.2.2 三角波-正弦波电路仿真124.2.3 占空比可调的函数信号发生器电路仿真135. 产生波形的其他几种形式135.1 选择其他电路仿真波形的原因135.2 方波发生电路135.3
3、 RC桥式（文氏）正弦波振荡器电路165.4 用8051单片机实现波形发生器的仿真195.4.1 MultiMCU单片机仿真平台介绍195.4.2 用单片机实现波形仿真196. 毕业设计总结216.1 设计的归纳与总结216.2 毕业设计取得的结果216.3 本次设计存在的问题226.4 心得与体会22致 谢23参考文献24附 录：25内容摘要函数发生器作为一种常用信号源，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。它可以产生多种波形信号，如正弦波、三角波、方波等，因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。使用的器件可以是分立器件（如全部采用晶体管的低频信号函数发生器S101），也可以采用集成
4、电路（如单片函数发生器模块8038）。本次设计采用先通过迟滞比较器和积分运算电路产生方波-三角波的输出；再通过差分放大器将三角波变换成正弦波的电路设计方法。利用差分放大器将三角波近似逼近为正弦波，这种转换方法比较简单，而且频带很快。通过改进电路，使之成为占空比可调的函数信号发生器。占空比可调之后，三角波就可以变为锯齿波。方波-三角波幅度和频率都可以通过改变电位器实现波形的微调。最后通过EWB系列中的multisim软件的调试，基本达到了要求。通过软件的仿真，能够进一步的发现电路的问题，这样可以更容易的改进电路，使电路的功能更加完善。关键词：迟滞比较器；积分运算电路；差分放大器；Abstract
5、Function generator as a common source, is one of the most widely used within the field of modern test of General Instrument. It can produce a variety of waveform signals such as sine wave, triangle wave, square wave, which is widely used for communications, radar, navigation, aerospace and other fie
6、lds. Use of the device can be discrete devices (such as all transistor low-frequency signal function generator S101,), can also be used integrated circuit (such as monolithic function generator module 8038).The design uses the first through hysteresis comparators and the integral operation circuit g
7、enerates a square wave - triangle wave output; by the differential amplifier, the triangular wave is transformed into a sine wave circuit design method. Differential amplifier triangular wave approximating a sine wave, this conversion method is relatively simple, but the band soon. By improving the
8、circuit, as a function of the variable duty cycle signal generator. Adjustable duty cycle after triangular wave into a sawtooth wave. Square wave - the triangular wave amplitude and frequency by changing the potentiometer fine-tuning of the waveform.Finally,the EWB Series multisim software debugging
9、, basically reached the requirements. Software simulation can be further found that the problem of the circuit, so you can more easily improve the circuit, make the circuit more perfect.Key words: Hysteresis comparator; integral operation circuit; differential amplifier;II集成函数发生器的设计学生姓名：李杨 指导老师：杜丽霞1
10、 绪 论1.1 课题设计的目的随着计算机技术的发展，通过软件对电路进行仿真，帮助学生学习和设计电路，已取得很好的效果。在学习和设计过程中加入仿真，更好地理解和预测电路的行为，优化电路的结构和参数，对假设的情形方便地进行实验，对难以测量的电路属性进行深入地探索和研究，从而大大缩短了电子技术课程的学习时间，也减少了设计错误。但是，在学习和设计过程中加入仿真，并不能完全代替实际电路实验的测量结果。实际中还必须用真实的电子元器件搭建硬件电路，通过仪器观察、测量、记录数据，才能确认实际的电路参数能否满足预期的要求。工程上必须通过实际电路测量结果与计算机仿真结果的比较，找出实际电路与理论电路存在差别的原因
11、，才能避免理论设计转化为实际产品后出现的问题，节约设计时间，降低设计风险。然而，采集真实电路的电参数是一个非常繁琐的过程。为了让学生快速地建立一个从设计仿真到工程应用的完整认识过程，减少在电参数测试与采集等繁琐过程上的时间投入，十分希望能有一个仿真电路与实际电路衔接平台，用于将实际电路的测试结果与仿真电路的结果进行比较，最终实现电路的设计。显然，这样的平台无论对电子技术的理论学习还是动手能力培养都具有十分重要的意义。1.2 课题设计的意义通过本次的毕业设计，我对于电子技术的理论学习更加深入，在仿真软件multisim上不停调试，最终完成本次毕业设计。我在multisim的使用上比以前更加的熟练
12、，对一些基本的操作更加了解。选择制作函数发生器，就是想把EWB系列软件再次使用一下，这样可以熟练更多的软件。1.3 课题的研究方向 通过本次课题设计，能够产生波形（方波、三角波、正弦波），尽可能对其的幅度和频率进行调节，并且还能运用其他电路的方式产生波形。2. 信号产生方案的选择2.1信号产生部分的多种实现方案简介2.1.1 数字实现方案数字电路的实现方案，一般可事先在存储器里存储好函数信号波形，再用D/A转换器进行逐点恢复。这种方案的波形精度主要取决于函数信号波形的存储点数、D/A转换器的转换速度、以及整个电路的时序处理等。其信号频率的高低，是通过改变D/A转换器输入数字量的速率来实现的。这
13、种方案在信号频率较低时，具有较好的波形质量。随着信号频率的提高，需要提高数字量输入的速率，或减少波形点数。波形点数的减少，将直接影响函数信号波形的质量，而数字量输入速率的提高也是有限的。因此，该方案比较适合低频信号，而较难产生高频信号（如1MHz）。2.1.2 模数结合的实现方案一般是用模拟电路产生函数信号波形，而用数字方式改变信号的频率和幅度。如采用D/A转换器与压控电路改变信号的频率，用数控放大器或数控衰减器改变信号的幅度等，是一种常见的电路方式。 2.1.3 模拟电路的实现方案模拟电路的实现方案，是指全部采用模拟电路的方式，以实现信号产生电路的所有功能。可以首先产生正弦波，然后通过整形电
14、路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等。因为模拟电路可以很好的结合已学的知识与实践，且输出波形幅度及频率均可通过改变元件参数进行调整，方便且成本较低。2.2 方案的确立综上所述，模拟电路的实现方案比较简单，并且可以在multisim软件上仿真、调试，所以本次设计主要使用模拟电路的实现方案。2.3 需要注意的问题在此次设计中，应该注意通过改变元器件的参数，怎么调节幅度及其频率；另外还要注意可不可以让占空比也可以调节，这样三角波就会变成锯齿波。3.各部分电路的设计3.1 功能要求（1） 使用运算放大器设计并制作一个函
15、数信号发生器。（2） 函数信号发生器包括方波、三角波、正弦波产生电路，且频率和幅度可调。（3） 信号频率：1 Hz1 kHz。（4） 输出电压：方 波 VP-P24V 三角波 VP-P8V 正弦波 VP-P1V3.2 模拟电路实现信号产生的方式3.2.1 方案一如用正弦波发生器产生正弦波信号，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波，电路框图如图1所示。 正弦波发生器过零比较器积分器正弦波方波三角波图1 函数信号发生器原理框图1这种电路结构简单，并具有良好的正弦波和方波信号。但要通过积分器电路产生同步的三角波信号，存在较大的难度。原因是积分电路的积分时间常数通常是不变的，而随着方波信
16、号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度将同时改变。若要保持三角波输出幅度不变，则必须同时改变积分时间常数的大小，要实现这种同时改变电路参数的要求，实际上是非常困难的。3.2.2 方案二由三角波、方波发生器产生三角波和方波信号，然后通过函数转换电路，将三角波信号转换成正弦波信号，电路框图如图2所示。正弦波三角波方波图2 函数信号发生器原理框图2由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波
17、变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。之所以将波形转换电路选为差分放大器，将在后面做详细的介绍。因此，本次模拟电路的设计决定采用先产生方波-三角波，然后通过差分放大器将三角波转换成正弦波的方案。3.3产生方波三角波正弦波的电路工作原理3.3.1 方波发生电路的工作原理1.电路组成（迟滞比较器） 方波的产生，主要是基于迟滞比较器，所以在此，简要的介绍一下迟滞比较器。图3 反相输入迟滞比较器电路 迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器。为了获得图4c所示的传输特性，在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，如图3所示，就组成了具有双门限值的反相输入迟滞比
18、较器。如将Vi与Vref位置互换，就可组成同相输入迟滞比较强。由于正反馈作用，这种比较强的门限电压是随输出电压Vo的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提高了。这种迟滞比较器又叫做施密特触发器（Schmitt Trigger）。2.门限电压的估算由于比较器中的运放处于正反馈状态，因此一般情况下，输出电压Vo与输入电压Vi不成线性关系，只有在输出电压Vo发生跳变瞬间，集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零，即Vid0或VpVn=Vi是输出电压Vo转换的临界条件，当ViVp，输出电压Vo为低电平VOL；反之，Vo为高电平VOH。显然，这里的Vp值实际就是门限电压VT。设运放是
19、理想的，由图3利用叠加原理有 （1）根据输出电压Vo的不同值（VOH或VOL），可分别求出上门限电压VT+和下门限电压VT-分别为 （2）和 （3） 门限宽度或回差电压为 （4）3.传输特性设从Vi=0,Vo=VOH和Vp=VT+开始讨论。当Vi由零向正方向增加到接近Vp=VT+前，Vo一直保持Vo=VOH不变。当Vi增加到略大于Vp= VT+，则Vo由VOH下跳到VOL,同时使Vp下跳到Vp=VT-,Vi再增加，Vo保持Vo=VOL不变，其传输特性如图4a所示。若减小Vi，只要ViVp= VT-，则Vo将始终保持Vo=VOL不变，只有当ViVp= VT-时，Vo才由VOL跳变到VOH，其传输
20、特性如图4b所示。把图4a和4b的传输特性结合在一起，就构成了如图4c所示的完整的传输特性。根据Vref的正、负和大小，VT+、VT-可正可负。图4 反相输入迟滞比较器的传输特性(a) Vi增加时的传输特性 (b) Vi减少时的传输特性 （c）合成（输入 输出）传输特性3.3.2方波-三角波转换电路的工作原理1方波-三角波转换电路 图5 方波-三角波转换电路此部分电路连接后如图5所示。运算放大器U1与R1、R2、R3及RP1组成同相输入的滞回比较器。运放的反相端通过平衡电阻R1接基准电压，即V-=0，同相输入端接反馈输入电压VO2。当比较器的输出VO1为高电平时，通过R4与RP2向C1充电，由
21、于输入加在反相积分器的方向输入端，故使VO2减小，同时也使滞回比较器的V+减少，当比较器的V+=V-=0时，比较器翻转，输出VO1从高电平跳到低电平；当VO1为低电平时，通过R4与RP2向C1反向充电，由于输入加在反相积分器的方向输入端，故使VO2增大，同时也是使滞回比较器的V+增大，当比较器的V+=V-=0时，比较器翻转，输出VO1从低电平跳到高电平。上述过程周而复始，就构成了一个方波-三角波自动转换电路。2.方波部分电路的公式计算设VO1=+VCC，则 （5）将上式整理，有比较器翻转的下门限电位V02-为 （6）若VO1=-VCC，则比较器翻转的上门限电位VO2+为 （7）比较器的门限宽度
22、为 （8）3.三角波部分电路的公式计算运放U2与R4、RP2、C1及R5组成反相积分器，其输入信号为方波VO1，则积分器的输出VO2为 （9）VO1=+VCC时， （10）VO1=-VCC时， （11）可见积分器的输入为方波时，输出是一个上升速度与下降速度相等的三角波。三角波的幅度为 （12）由方波-三角波的积分公式有方波-三角波的频率f为 (13)由式（13）可以看出电位器RP2在调整方波-三角波的输出频率时，不会影响输出波形的幅度。调整C1可改变输出的频率范围，调整RP2可实现输出频率的微调。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。3.3.3三角波-正弦波转换电路的工作原理
23、1. 正弦函数转换电路函数转换是指：把某种函数关系转换成另一种函数关系，能完成这种转换功能的电子电路就称为函数转换电路。常用的函数转换电路，如半波、全波整流电路，就是把正弦波形转换成半波和全波波形的函数转换电路。本次课程设计需要讨论的是，把三角电压波形转换成正弦电压波形的正弦函数转换电路。从转换原理分析，有多种方法能完成这一转换功能，常用的有：滤波法运算法折线法滤波法的转换原理是，把峰值为Vm的三角波用傅里叶级数展开： 由上式可以看出，若三角波的频率变化范围不大，则可用低通滤波器滤去高次谐波，保留基波成份，正弦波与三角波之间具有固定的幅度关系。但若三角波的频率变化范围较大（如本实验的频率变化范
24、围是1000倍），要设计一个对截止频率具有跟踪功能的低通滤波器就相当困难、不易实现。因此，滤波法只适用于频率变化范围很小，最好是固定频率的应用场合。 运算法的转换原理是，展开成幂级数形式： 由上述关系容易看出，取幂级数的前几项（根据转换精度的要求），可以通过对线性（三角波）变化量x的运算来近似表示成 sinx，但要求三角波的幅度/2。运算转换法由于运算复杂，用电子电路较难实现。 折线法是一种使用最为普遍、实现也较简单的正弦函数转换方法。折线法的转换原理是，根据输入三角波的电压幅度，不断改变函数转换电路的传输比率，也就是用多段折线组成的电压传输特性，实现三角函数到正弦函数的逐段校正，输出近似的正
25、弦电压波形。利用差分放大器的差模传输特性曲线的非线性，将三角波近似逼近为正弦波，这种转换方式比较简单，而且频带很宽。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点，特别是作为直流放大器，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波，变换的特性曲线如图6所示。图6 三角波-正弦波变换的传输特性曲线2.三角波-正弦波变换电路图7 三角波-正弦波变换电路三角波-正弦波变换电路如图7所示，图7所示电路由两个差分放大电路构成。上半部分为一个单端输入、单端输出的差动放大电路，用于实现三角波-正弦波的变换。下半部分差动放大电路为一个给上半部分差动放大电路提供恒定电流的电流源。其中
26、，调节RP3可调节三角波的幅度，调节RP4可调节电路的对称性，其并联电阻R8用来减小差分放大器的线性区。电容C2、C3、C4为隔直电容，C5为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出波形。3. 三角波-正弦波转换电路的计算分析电路和传输特性曲线可知，为使输出波形更接近正弦波，传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅度Vm应正好使晶体管接近饱和区或截止区。假设Uid为三角波，输入的三角波波形表达式为 （14）式中，Um为三角波的幅度（VO2m），T为三角波的周期。正弦波的电压 （15）其中，集电极电流可由发射极电流求得，有 （16）式中，为下半部分差分放大器提供的恒定电流，为温度的电压当量。当室
27、温为25oC时，。3.4电路元器件的参数选择3.4.1.方波部分实物连线中，我们一开始很长时间出不来波形，后来将C1从10uf（理论时可出来波形）换成22nf时，顺利得出波形。实际上，分析一下便知当C1=10uf时，频率很低，不容易在实际电路中实现。3.4.2方波-三角波部分比较器U1与积分器U2的元件参数选择如下:取取RP1为的电位器。取平衡电阻R1=R2/(R3+RP1)。3.4.3.三角波-正弦波部分三角波正弦波变换电路的参数选择原则是：隔直电容C2、C3、C4要取得较大，因为输出频率很低，取C2=C3=C4=470uF。滤波电容C5视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，C5可取得较小
28、，C5一般为几十皮法至0.1微法。R8=100欧与RP4=100欧姆相并联，以减小差分放大器的线性区。取平衡电阻。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性曲线，调整RP4及电阻R13确定。取，。3.5 总电路图由集成运算放大器与晶体管差分放大器组成的方波-三脚波-正弦波函数发生器的总电路图如图8所示。图8 函数信号发生器总电路图 在图8中，有些器件的参数发生了变化，这是在软件仿真调试时更改的。只有改变器件的参数，才能够产生波形。4. 电路波形仿真4.1 EWB软件简介EWB的全称为Electronics Workbench(电子工作台)，它提供了仿真实验和电路分析两种仿真分析手段，可用于模拟电
29、路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的仿真实验、分析和设计。Multisim 10是美国NI(National Instruments)公司开发的EWB仿真软件，是早期EWB 5.0、Multisim 2001、Multisim 7、Multisim 8、Multisim 9等版本的升级换代产品。该软件基于PC平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个与实际情况非常相似的电子电路实验工作台，它几乎可以完成在实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛地应用于电子电路分析、设计、仿真等项工作中，是目前世界上最为流行的EDA软件之一，已被广泛应用于国内外的教育界和电子技术界。4.2波形仿真分析4.2.1
30、 方波-三角波电路仿真 调整电位器RP1可实现输出方波-三角波幅度的微调，但会影响方波-三角波的频率；调整电位器RP2可实现输出方波-三角波频率的微调，但不会影响输出波形的幅度。图9 方波-三角波发生电路的仿真（方波大于正弦波）图10 方波-三角波发生电路的仿真（方波小于正弦波）通过图9和图10的对比，方波和三角波的幅度可以通过电位器来微调。从图9中可以看出，方波-三角波的周期约为5ms,方波的峰-峰值VP-P约为15V，三角波的峰-峰值VP-P约为3.7V；从图10中可以看出，方波-三角波的周期约为7ms,方波的峰-峰值VP-P约为15V，三角波的峰-峰值VP-P约为6.4V，基本符合设计要
31、求。4.2.2 三角波-正弦波电路仿真 若VO3的波形出现失真，则应该调节和改善参数，产生失真的原因及可采取的措施有：若出现钟形失真，可能是传输特性曲线的线性区太宽所致，应减小R8；若出现圆顶或平顶失真，可能是传输特性曲线的对称性较差，工作点Q偏上或偏下所致，应调整电阻R13。正弦波输出波形如图11所示。图11正弦波输出波形4.2.3 占空比可调的函数信号发生器电路仿真占空比可调的函数信号发生器电路总图与原来的函数信号发生器总电路图8差别不大，因此这里不再赘述，详细电路图请参阅附录。通过占空比调节，三角波可变为锯齿波，锯齿波波形如图12所示。 图12 锯齿波输出波形5. 产生波形的其他几种形式
32、5.1 选择其他电路仿真波形的原因从第三章的波形图来看，正弦波有些失真，这是由于静态工作点Q的测量还依然有些问题。在软件Multisim 10中还有许多别的功能没有用到，这些功能有的时候会让波形的仿真变的更加容易些。而且通过其他形式再次产生出波形，这样可以让设计显得更加完整。5.2 方波发生电路 方波产生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于方波或矩形波包含极丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡电路。基本电路组成如图13a所示，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由Rf、C组成的积分电路，把输出电压经Rf、C反馈到比较器的反相端。在比较器的输出端引入限流电阻R和两个背
33、靠背的双向稳压管就组成了一个如图13b所示的双向限幅方波发生电路。由图可知，电路的正反馈系数F为(b)(a)图13 方波产生电路(a）基本电路 (b) 双向限幅的方波产生电路 在接通电源的瞬间，输出电压究竟偏于正向饱和还是负向饱和，那纯属偶然。设输出电压偏于正饱和值，即Vo=+Vz时，加到电压比较器同相端的电压为+FVz，而加于反相端的电压，由于电容器C上的电压Vc不能突变，只能由输出电压Vo通过电阻Rf按指数规律向C充电来建立，如图14a所示，充电电流为i+。显然，当加到反相端的电压Vc略正于+FVz时，输出电压便立即从正饱和值（+Vz）迅速翻转到负饱和值（-Vz），-Vz又通过Rf对C进行
34、反向充电，如图14b所示，充电电流为i-。直到Vc略负于-FVz值时，输出状态再翻转回来。如此循环不已，形成一系列的方波输出。(a) 电容器C充电情况 (b)电容器C反向充电情况图14 方波产生电路工作原理图 在低频范围（如10Hz 10kHz）内，对于固定频率来说，用运放来组成图4.2.2电路尚可。当振荡频率较高时，为了获得前后沿较陡的方波，以选择转换速率较高的集成电压比较器代替运放为宜。 最终连接而成的测试电路如图15所示。 仿真的波形如图16所示。 关于此电路图，也可以改进为占空比可调的产生锯齿波的电路，具体电路及仿真波形请参阅附录。图15 方波测试电路图 图16 方波-三角波输出波形5
35、.3 RC桥式（文氏）正弦波振荡器电路正弦波振荡电路是一种具有正反馈网络的自激选频放大电路，谐振频率取决于正反馈选频网络的相关参数。理论上，为了维持稳定的振荡，在谐振频率上环路增益AF等于1。但为了容易起振，一般取环路的增益AF略大于1。当正弦波振荡电路达到等幅正弦振荡后，它的输出信号是正弦波。在Multisim 10中构建RC桥式（文氏）正弦波振荡电路实验电路，如图17所示。图中，放大器为同相比例运算放大电路，正反馈选频网络由RC串并联电路组成。D1、D2、R4并联后和Rf及R3组成负反馈网络，以稳定和改善输出电压的波形，其中D1和D2具有自动稳幅的作用。图17 仿真电路正常工作时，放大器的
36、闭环电压增益A等于3，反馈系数F等于1/3，环路增益AF=31/3=1。当输出电压Vo幅值较小时，D1、D2接近于开路，由于R4阻值较小，由D1、D2和R4组成的并联支路的等效电阻近似为略小于R4的阻值，有式中，rd为二极管D1、D2导通时动态电阻。可见AV略大于3.随着输出电压Vo的增加，D1、D2的正向电阻将逐渐减小，负反馈逐渐增强，放大器的电压增益也随之降低，直至降为3，振荡电路将输出幅值稳定的正弦波。如果放大器的电压增益过高，运算放大器就可能进入饱和状态，这时振荡电路的输出有可能不再是正弦波，而是方波信号。该RC桥式（文氏）振荡电路的振荡频率为改变R或C的参数，即可改变振荡电路的频率。
37、改变Rf的参数可改变振荡器的工作状态：当Rf过小时，电路停振，Vo波形为一条与时间轴重合的直线；当Rf过大时，输出信号Vo的波形近似为方波。在图18所示仿真电路中，分别设置Rf的量值为、，启动仿真开关，进行仿真测量，即可得到如图18(a)所示的正弦波，如图18(b)所示的一条与时间轴重合的直线，如图18(c)所示的近似为方波的输出电压（Vo）波形。 （a）时的输入、输出电压波形 (b) 时的输入、输出电压波形(c) 时的输入、输出电压波形图18 RC桥式（文氏）正弦波振荡电路仿真测量5.4 用8051单片机实现波形发生器的仿真5.4.1 MultiMCU单片机仿真平台介绍MultiMCU是Mu
38、ltisim 10的一个嵌入组件，可以支持对微控制器（MCU）的仿真。对于很多的电路设计，MCU是一个非常有用而且不可缺少的部件。大多数的嵌入式控制系统或智能设备，都是以某种MCU为控制核心，所以在电路仿真中加入对MCU仿真的支持可以大大拓展Multisim 10电路仿真的适用范围。一个现代的MCU一般就是一个包括了CPU、数据存储器、程序存储器和外围设备的芯片，应用MCU可以大大减少元器件的数量和尺寸，有助于获得高效率和高可靠性。应用MultiMCU进行带MCU的系统仿真，能够帮助设计者快速且创建高效的代码，方便设计者进行分析和调试，节约了开发成本，提高了开发效率。采用MultiMCU进行单
39、片机仿真，包括3个步骤，即建立单片机仿真电路、编写和编译单片机仿真程序和在线调试。5.4.2 用单片机实现波形仿真 通过向P0口输出波形采样值，经过一个8位的数模转换器，把相应的数字信号转换成模拟信号。采用C语言编写应用程序。1.仿真电路的建立在Multisim 10仿真界面的电路窗口中，搭建如图19所示的波形发生器电路图。当单片机运行锯齿波和三角波程序时，C1的值为1pF。关于数模转换器和安捷伦示波器的使用，请参阅其他相关的资料，这里不再详细说明。注意：在进行单片机仿真时，一定要接上+5V电源VCC和地线GND。图19 波形发生器电路图2.应用程序编写应用程序中设计了锯齿波发生函数、三角波发
40、生函数。采用C语言编写锯齿波和三角波发生函数，具体程序如下。#include #include void sanjiaobo(void);void juchibo(void);void sanjiaobo() unsigned int i; for(i=0;i0;i-) P0=i; i-; void juchibo() unsigned char i; for(i=0;i255;i+) P0=i;void main() unsigned char i; while(1) /juchibo(); sanjiaobo(); 3.仿真及调试仿真结果可以通过观察示波器输出波形得到，如图20所示。（a）
41、 (b)图20 示波器输出波形(a) 锯齿波波形 (b) 三角波波形如果示波器上输出波形不正确，则可以使用调试工具对应用程序进行调试，找出出错的程序段，修改后调试直至仿真结果正确。6. 毕业设计总结6.1 设计的归纳与总结通过这次毕业设计，加强了动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间比较多。通过这次设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，这样才是最好的。在本次毕业设计中，我还学会了查找相关资料，分析数据，懂得了许多经
42、验公式的获得是前人不懈努力的结果。6.2 毕业设计取得的结果经过这段时间的努力，已经比较成功地完成了正弦波、方波、三角波的设计与调试。通过这次实践，我了解了函数信号发生器的用途及工作原理，熟悉了函数信号发生器的设计步骤，锻炼了自己的实践能力，培养了独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固。在本次设计中，使用Multisim 10作模拟仿真，并对原先的电容、电阻进行改进，使波形达到最佳效果。通过运算放大器设计并且调试仿真的函数信号发生器，它的频率，及其方波、三角波的输出电压已基本达到设计的功能要求。在原来的电路基础上，通过改进电路的占空比，产生了锯齿波。而且，成功地通过单片机8051，产生了三角波和锯齿波，在单片机的仿真中，我对于C语言又有了一个比较好的掌握。6.3 本次设计存在的问题本次毕业设计，我个人觉得，主要存在的问题有如下两个：(1) 三角波-正弦波变换电路的静态工作点的测量在三角波-正弦波变换电路中，首先应该对静态工作点进行测量，但这个问题我始终没有解决。具体的测量步骤如下： 断开R