文档介绍：基于AT89C51的函数信号发生器设计
设计团队:
指导老师:
2011-11-13
目录
1、概述 3
2、技术性能指标 3
、设计内容及技术要求 3
3、方案的选择 3
、方案一 4
、方案二 6
、方案三 6
4、单元电路设计 6
、正弦波产生电路 6
、方波产生电路 8
、矩形波产生锯齿波电路 9
5、总电路图 10
6、波形仿真结果 10
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12
7、 PCB版制作与调试 13
8、元件清单 14
结论 15
总结与体会 15
参考文献 16

函数信号发生器
1、概述
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。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。
2、技术性能指标
、设计内容及技术要求:
设计并制作一个信号发生器,具体要求如下:
1、能够输出正弦波、方波、三角波;
2、输出信号频率范围为10Hz——10KHz;
3、输出信号幅值:正弦波3V,矩形波10V,锯齿波4V;
4、输出矩形波占空比50%-95%可调,矩形波斜率可调。
5、信号发生器用220V/50Hz的工频交流电供电;
6、电源:220V/50Hz的工频交流电供电。
按照以上技术完成要求设计出电路,绘制电路图,对设计的电路用Multisim进行必要的仿真,用PCB软件进行制板、焊接,然后对制作的电路完成调试,撰写设计报告测,通过答辩
3、方案的选择
根据实验任务的要求,对信号产生部分可采用多种方案:如模拟电路实现方案,数字电路实现方案,模数结合实现方案等。鉴于波形信号的产生和模拟联系紧密,我们用模拟电路实现方案。模拟电路的实现方案就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。就此方案,也有几种电路方式。
、方案一

图1 方波和正弦波产生电路
用方波和三角波产生电路输出方波和三角波[1],再通过三角波—正弦波转换器产生正弦波。方波和三角波发生器的工作原理:
A1构成迟滞比较器
同相端电位Vp由VO1和VO2决定。利用叠加定理可得:
⑴
当 Vp>0时,A1输出为正,即VO1 = +Vz;当 Vp<0时,A1输出为负即VO1 =-Vz。
A2构成反相积分器
VO1为负时,VO2 向正向变化,VO1 为正时,VO2 向负向变化。假设电源接通时VO1=-Vz,线性增加。
当: 时,可得:
⑵
当VO2上升到使Vp略高于0V时,A1的输出翻转到VO1=+Vz。
同样: 时
当VO2下降到使Vp略低于0时,VO1 =-Vz 。这样不断的重复,就可以得到方波VO1和三角波VO2。其输出波形如图2-6所示。输出方波的幅值由稳压管DZ决定,被限制在稳压值±Vz之间。
电路的振荡频率: ⑶
方波幅值: =± ⑷
三角波幅值: = ⑸
调节可改变振荡频率,
但三角波的幅值也随之而变化。
图2 方波和正弦波波形图
、方案二
图3 信号发生器方框图
用正弦波发生器产生正弦波信号,然后用电压比较器产生方波,再经积分电路产生三角波,电路框图如图二。此电路结构简单,且有良好的正弦波和方波信号。但经过积分器电路产生同步的三角波信号,存在难度。原因是积分器电路的积分时间常数不变的,而随着方波信号频率的改变,积分电路输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波的输出幅度不变,需同时改变积分时间常数的大小。而且方波占空比[2]和锯齿波幅度改变会同时引起其它波形的变化。
、方案三
在方案二的基础上,我们添加方波产生电路作为锯齿波产生的信号源,解决了课程设计中提出的对锯齿波和矩形波调节而互不影响的要求
4、单元电路设计
、正弦波产生电路
采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路,它适用于低频振荡,一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。因为对于RC振荡电路来说,增大电阻R即可降低振荡频率,而增大电阻是无需增加成本的。
常用LC振荡电路[3]产生的正弦波频率较高,若要产生频率较低的正弦振荡,势必要求振荡回路要有较大的电感和电容,这样不但