信号发生器的设计.pdf

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1、四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 1 姓名：卓瑶 系别：电子工程系 班级：应用电子（电机） 学号： 2010209067 指导老师：杨新 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 2 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 3 摘要 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。

2、本文是用电力电子技术， 信号源电路设计来完成正弦波信号输出 电路。 关键词：电子技术、单片机、信号源、信号发生器 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 4 目录 第一章绪论. 6 1.1 信号源概述 . 6 1.2 信号发生器的分类 6 第二章总体设计方案 7 第三章单元模块功能 6 3.1 直流稳压电源原理 6 3.2 单元模块设计 . 7 3.2.1变压器 7 3.2.2 整流电路 9 第四章软件设计 . 13 4.1 程序流程 13 4.2 程序说明 14 第五章系统仿真与调试. 17 5.1 原理图的绘制 . 17 5.2 程序的编译 19 5.3 原理图的仿真 . 20 第六章

3、总结 23 第七章参考文献 . 24 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 5 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 6 第一章绪论 1.1 信号源概述 信号源的核心就是产生一个频率稳定的周期性信号信号源是指 收音头、高频头、录音卡座、录像卡座等器件。 微机及辅助设备完成信号的提取、数模转换、 数字信号处理 等功能。 信号源是雷达系统的重要组成部分。雷达系统常常要求信号 源稳定、可靠、易于实现、具有预失真功能，信号的产生及信号 参数的改变简单、灵活。 信号发生器又称信号源或振荡器，是用来产生各种电子 信号的仪器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。 1.2 信号发生器的分类 信号

4、发生器应用广泛，种类繁多，性能各异，分类也不尽一 致。按照频率范围分类可以分为：超低频信号发生器、低频信号 发生器、视频信号发生器、高频波形发生器、甚高频波形发生器 和超高频信号发生器。 按照输出波形分类可以分为：正弦信号发 生器和非正弦信号发生器，非正弦信号发生器又包括：脉冲信号 发生器，函数信号发生器、扫频信号发生器、数字序列波形发生 器、图形信号发生器、噪声信号发生器等。按照信号发生器性能 指标可以分为一般信号发生器和标准信号发生器。前者指对输出 信号的频率、 幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的 一类信号发生器。后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数 四川师范大学成都学院电子

5、工程系课程设计报告 7 等在一定范围内连续可调，并且读数准确、 稳定、屏蔽良好的中、 高档信号发生器。 第二章总体设计方案 2.1 方案的比较 方案一：采用单片函数发生器（如8038） ，8038 可同时产生正 弦波、方波等，而且方法简单易行，用D/A 转换器的输出来改变调 制电压，也可以实现数控调整频率，但产生信号的频率稳定度不高。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡器 （VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以 达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂。 方案三：利用MAX038 芯片组成的电路输出波形。MAX038 是 精密高频波形产生电路， 能够产生准

6、确的三角波、 方波和正弦波三种 周期性波形。但此方案虽成本高，但程序简单易懂，可轻易达到输出 频率覆盖要求。 综上所属方案， 可选择方案三。它不仅采用软硬件结合，软件控 制硬件的方法来实现， 使得信号频率的稳定性和精度的准确性得以保 证，而且它使用的几种元器件大多都是常用的元器件，容易得到。 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 8 第三章单元模块功能 3.1直流稳压电源原理 如图 1-1-0 所示，固定直流稳压电源电路采用有源伺服控制，其输出 电压为15V，可 作为小功率音频放大器或功放前级电路的工作电源。 工作原理 该固定直流稳压电源电路由整流滤波电路和稳压控制电路组成。 电源输入电

7、路 带插头电源线CT、电源开关S 以及熔断器F1 构成电源输入电路， 完成将市电 （220V/50HZ ）引入变压器的初级绕阻。 变压器整流电路 将市电Ui 变换为一对大小相等的低压交流电压U2（17.5V ） ，二极 管 VD1、VD2、VD3、 VD4 与变压器T 的次级绕阻一起构成单相全波整流电路，将变压器 T 的次级绕阻产生的一对 大小相等的交流电压U2 变换成全波脉动直流电压。 滤波稳压电路 C1 、C2 、C3 、C4 、C11 、C21 构成电容滤波电路，将脉动直流电转换为 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 9 波动较小的平 滑直流电。集成电路IC（7815 、7915

8、 ）C12 、C22 、C13 、C23 、VD11、 VD21 构成稳压电路， 将平滑的直流电转换成稳定的恒稳直流电，其中集成电路IC 起稳定 输出电压的作用，一个 输出正15V 电压，一个输出负15V 电压。二极管VD11、VD21 起 保护集成电路IC 的作用，电 容 C14 、C24 起进一步稳定输出电压的作用。 电路状态指示电路 电阻 R1、发光二极管VD5、电阻 R12 、VD12、与电阻R22 、VD22 构 成电路指示电路， 其中电阻R1、发光二极管VD5 指示电路整流、滤波后平滑直流电 压的状态情况；电阻R12 、 VD12 和电阻R22 、VD22 指示平滑直流电稳压后输出

9、恒稳直流电的 状态情况。 保护电路 熔断器 F1、F11、F22 分别构成电路交流过流与直流过流保护电路。 3.2 单元模块设计 3.2.1 变压器 变压器 (bi nyaq )(Transformer)是利用 电磁感应 的原理来改变交流 电压的 装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯） 。在电器设备 和无线 电路中，常用作升降电压、匹配 阻抗，安全隔离等。在发电机 中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈 中感应电势，此两种情况， 磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通 数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应， 变换电压，电流和阻抗的器件。变压

10、器的功能主要有：电压变换；电 流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中 通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线 圈中感应出电压（或电流）。 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以 上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 10 圈。 电路如图所示。 其工作原理与开关电源相似， 二极管 VD1VD4 构成 整流桥把市电变成直流电，由振荡变压器T1，三极管 VT1、VT2组成 的高频振荡电路， 将脉动直流变成高频电流， 然后由铁氧体输出变压 器

11、T2对高频高压脉冲降压， 获得所需的电压和功率。 R1为限流电阻。 电阻 R2、电容 C1和双向触发二极管VD5 构成启动触发电路。三极 管 VT1、VT2 选用 S13005 ，其 B 为 152 0 倍。也可用C3093等 BUceo=35OV 的大功率三极管。触发二极管 VD5 选用 32V左右的 DB3 或 VR60 。振荡变压器可自制， 用音频线绕制在H7 X 10 X 6 的磁环上。 TIa、T1b绕 3 匝，Tc绕 1 匝。铁氧体输出变压器T2也需自制，磁心 选用边长 27mm 、 宽 20mm 、 厚 10mm 的 EI 型铁氧体。T2a用直径为 0 45mm 高强度漆包线绕

12、100匝，T2b用直径为 125mm 高强度漆包线绕 8匝。 二极管 VD1VD4 选用 IN4007型，双向触发二极管选用DB3型，电 容 C1 C3选用聚丙聚酯涤纶电容，耐压250V 。 电路工作时， A 点工作电压约为12V；B 点约为 25V；C点约为 105V ； D 点约为 10V。如果电压不满足上述数值，或电路不振荡，则应检查 电路有无错焊、漏焊或虚焊。然后再检查VT1、VT2是否良好， T1a 、 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 11 T1b的相位是否正确。整个电路装调成功后，可装入用金属材料制作 的小盒内，发利于屏蔽和散热， 但必须注意电路与外壳的绝缘。 引外，

13、改变 T2 a 、b二线圈的匝数，则可改变输出的高频电压。 3.2.2 整流电路 整流电路（ rectifying circuit ）把交流电能转换为直流电能的电路。大多 数整流电路由变压器、 整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机 的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流 电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪 70年代以后，主 电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之 间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情 况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配 以及交流电网与整流电路之间的电隔离。 电源电路中的整

14、流电路主要有半波整流电路、全波整流电路和桥 式整流三种 全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压 器次级 线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组， 从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ，构成 e2a 、 D1、Rfz 与 e2b 、D2、Rfz ，两个通电回路。 全波 整 流电路 的 工 作 原 理 ， 可 用 图5-4 所示的波形图 说明。在 0间内， e2a 对 Dl 为正向电压，D1 导通，在Rfz 上得到上正下负的 电 压 ； e2b 对 D2 为反向电压 ，D2 不 导 通。在 -2时间内，e2b 对 D2 为正向电压，D2 导通，在

15、Rfz 上得到的仍然是上正下负的电压； e2a 对 D1 为反向电压，D1 不导通。 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 12 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。 整流电路 桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3 和方 向电压， Dl，D3 导通；对D2、D4 加反向电压，D2、D4 截止。 电路中构成e2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在Rfz ，上形成上正下 负的半波整洗电压，e2为负半周时，对D2、D4 加正向电压， D2、 D4 导通；对 D1、D3 加反向电压，D1、D3 截止。电路中构成e2 、 D2Rfz 、D4 通电回路， 同样在 Rfz 上形

16、成上正下负的另外半波的 整流电压。 如此重复下去，结果在Rfz ，上便得到全波整流电压。其波 形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6 中还不难看出，桥式 电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大 值，比全波整流电路小一半。 三相桥式全控电路 三相桥式全控电路 TR为三相整流变压器，其接线组别采用Y/Y-12。VT1VT6 为晶闸 管元件， FU1FU6 为快速熔断器。 TS为三相同步变压器，其接线 组别采用/Y-11。P 端为集成化六脉冲触发电路+24V 电源输出端， 接脉冲变压器一次绕组连接公共端。P1P6 端为集成化六脉冲触 发电路功放管V1V6 集电极输出端，分别接脉冲变

17、压器一次绕组 的另一端。 UC 端为移相控制电压输入端。 三相桥式半控电路 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 13 三相桥式半控电路 三相桥式半控整流电路与三相桥式全控整流电路基本相同，仅将 共阳极组VT4，VT6，VT2 的晶闸管元件换成了VD4，VD6，VD2 整流二极管，以构成三相桥式半控整流电路。 第四章软件设计 软件设计需要实现的主要功能是检测键盘的输入，根据输入结果 选择输出相应的波形信号。键盘操作和对应的输出如下。 输入按键“ 0”（第 1 行第 1 列） ，得到正弦波； 输入按键“ 1”（第 1 行第 2 列） ，得到矩形波； 输入按键“ 2”（第 1 行第 3 列）

18、 ，得到三角波； 4.1 程序流程 单片机控制 MAX038 实现波形输出的程序流程如图（4）所示。 在流程图中，键码为11 对应的是第 1 行第 1 列的按键；键码为21 对应的是第 1 行第 2 列的按键；键码为 41 对应的是第 1 行第 3 列的 按键； 键盘扫描 开始 初始化 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 14 No Yes No Yes No Yes No 4.2 程序说明 主要程序代码及说明（见注释语句）如下： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int void delay(void

19、); uchar kbscan(void); sbit A0=P21; sbit A1=P22; uchar key; void main(void) 键码为 41？ 键码为 21？ 输出三角波 输出矩形波 输出正弦波 键码为 11？ 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 15 uchar key; while(1) key=kbscan(); delay(); if(key=0x7e) A0=0; A1=1; if(key=0xbe) A0=0; A1=0; if(key=0xbe) A0=1; A1=0; 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 16 void delay(voi

20、d) uchar i; for(i=300;i0;i-); uchar kbscan(void) uchar sccode,recode; P1=0xf0; if(P1 if(P1 while(sccode if(P1 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 17 return(sccode)+(recode); else sccode=(sccode1)|0x01; return(0); 第五章系统仿真与调试 5.1 原理图的绘制 首先打开 PROTEUS 软件，可出现下面界面： 点击左上方箭头下面的按钮，再点击 P，可出现选择元器件的窗 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 18

21、 口，再出现的窗口上方输入所需元件的名称，选择所需原器件如下方 窗口所示： 选择完所需元件后，点击元件名称防止元器件， 并对其进行布局、 连线，可得到信号发生器的原理图 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 19 5.2 程序的编译 打开单片机软件，创建工程，并建立文件后，将所需程 序输入到文件中，进行编译 创建工程点击 Project，中的 New Project,出现下面窗口 点击保存后出现下窗口，在其内选择Atmel 下的 AT89C51 ，点 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 20 击确定后，新建工程就好了 再新建文件，进行保存。在文件中输入程序，进行编译 5.3 原理

22、图的仿真 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 21 将编译好的程序下载到单片机中， 首先双击原理图上的单片机，可出现下面窗口，用来选择程序 所在文件夹，点击下图文件夹按钮，打开程序所在文件夹，并选择程 序，然后一路 OK 就好了 点击原理图下方运行按钮，对原理图进行仿真，可得到正弦波、矩形 波和三角波。 点击 S1 按钮，观察示波器所显示的波形，可出现正弦波，如下： 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 22 点击 S2 按钮，示波器显示矩形波 点击 S3 按钮，示波器显示三角波 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 23 第六章总结 通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好

23、专业知识的重要性， 也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学三年的学习成果，进 一步加深了我对专业知识的了解和认识以及动手的能力。虽然在这次 设计中对于所学知识的运用和衔接还不够熟练，作品完成的还不是很 出色。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这个设 计是对我们过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打 下了良好的基础。 四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 24 第七章参考文献 【1】戴卫恒主编51 单片机 C 语言应用程序设计实例精讲电子工业 出版社 2006 【2】蒋辉平主编单片机原理与应用设计北京航空航天大学出版社 2007 【3】张立科主编单片机典型模块设计实例导航人民邮电出版社 2004