智能仪器设计论文信号发生器

函数信号发生器的设计与制作 系别：电子工程系 专业：应用电子技术 届：07届 姓名：李贤春 摘 要 本系统以ICL8038集成块为核心器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。ICL8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需要个别的外部元件就能产生从001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调制信号输入端，所以可以用来对低频信号进行频率调制。 关键词 ICL8038，波形，原理图，常用接法 一、概述 在电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 二、方案论证与比较 1·系统功能分析 本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我们综合考虑了以下三种实现方案： 2·方案论证 方案一∶采用传统的直接频率合成器。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，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。 方案二∶采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需要频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需要频率信号，抑制杂散分量，并且避免了量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率 相信都很难控制。 方案三：采用8038单片压控函数发生器，8038可同时产生正弦波、方波和三角波。改变8038的调制电压，可以实现数控调节，其振荡范围为001Hz～300KHz。 三、系统工作原理与分析 1、ICL8038的应用 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为001Hz～300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于1%；占空比变化范围为2%～98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）～250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V+）：+10～+30V，双电源（+V）（V-）：±5V～±15V。图1-2是管脚排列图，图1-2是功能框图。8038采用DIP-14PIN封装，管脚功能如表1-1所示。 2、ICL8038内部框图介绍 函数发生器ICL8038的电路结构如图虚线框内所示（图1-1），共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1=I，IS2=2I；两个电压比较器Ⅰ和Ⅱ的阈值电压分别为 和 ，它们的输入电压等于电容两端的电压uC，输出电压分别控制RS触发器的S端和 端；RS触发器的状态输出端Q和 用来控制开关S，实现对电容C的充、放电；充点电流Is1、Is2的大小由外接电阻决定。当Is1=Is2时，输出三角波，否则为矩尺波。两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。 3、内部框图工作原理 ★当给函数发生器ICL8038合闸通电时，电容C的电压为0V，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器Ⅰ和Ⅱ的输出电压均为低电平；因而RS触发器的 ，输出Q=0， ； ★使开关S断开，电流源IS1对电容充电，充电电流为 IS1=I 因充电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性上升。 ★当上升为VCC/3时，电压比较器Ⅱ输出为高电平，此时RS触发器的 ，S=0时，Q和 保持原状态不变。 ★一直到上升到2VCC/3时，使电压比较器Ⅰ的输出电压跃变为高电平，此时RS触发器的 时，Q=1时， ，导致开关S闭合，电容C开始放电，放电电流为IS2-IS1=I因放电电流是恒流，所以，电容上电压uC随时间的增长而线性下降。 起初，uC的下降虽然使RS触发的S端从高电平跃变为低电平，但 ，其输出不变。 ★一直到uC下降到VCC/3时，使电压比较器Ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时 ，Q=0， ，使得开关S断开，电容C又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。 由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，Q和 为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。 结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。 4、方案电路工作原理（见图1-7） 当外接电容C可由两个恒流源充电和放电，电压比较器Ⅰ、Ⅱ的阀值分别为总电源电压（指+Vcc、-VEE）的2/3和1/3。恒流源I2和I1的大小可通过外接电阻调节，但必须I2＞I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给C充电，它的两端电压UC随时间线性上升，当达到电源电压的确2/3时，电压比较器I的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2＞I1（设 I2=2I1），I2将加到C上进行反充电，相当于C由一个净电流I放电，C两端的电压UC又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器Ⅱ输出电压便发生跳变，使触发器输出为方波，经反相缓冲器由引脚9输出方波信号。C上的电压UC，上升与下降时间相等（呈三角形），经电压跟随器从引脚3输出三角波信号。将三角波变为正弦波是经过一个非线性网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波的两端变为平滑的正弦波，从2脚输出。 其中K1为输出频段选择波段开关，K2为输出信号选择开关，电位器W1为输出频率细调电位器，电位器W2调节方波占空比，电位器W3、W4调节正弦波的非线性失真。 图1-1 5、两个电压比较器的电压传输特性如图1-4所示。 图1-4 6、常用接法 如图（1-2）所示为ICL8038的引脚图，其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+VCC之差，它可作为引脚8的输入电压。 如图（1-5）所示为ICL8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻RL至+VCC。在图(a)所示电路中，RA和RB可分别独立调整。在图(b)所示电路中，通过改变电位器RW滑动的位置来调整RA和RB的数值。 图1-5 当RA=RB时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为50％，因而为方波。当RA≠RB时，矩形波不再是方波，引脚2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。根据ICL8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为 故RA<2RB。 为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如图（1-6）所示电路，电阻20K与电位器RW2用来确定8脚的直流电压V8，通常取V8≥2/3Vcc。V8越高，Ia、Ib越小，输出频率越低，反之亦然。RW2可调节的频率范围为20HZ20~KHZ。V8还可以由7脚提供固定电位，此时输出频率f0仅有Ra、Rb及10脚电容决定，Vcc采用双对电源供电时，输出波形的直流电平为零，采用单对电源供电时，输出波形的直流电平为Vcc/2。两个100kΩ的电位器和两个10kΩ电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到5%。在RA和RB不变的情况下，调整RW2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达1000:1。 7、实际线路分析 可在输出增加一块LF35双运放，作为波形放大与阻抗变换，根据所选择的电路元器件值，本电路的输出频率范围约10HZ～20KHZ；幅度调节范围：正弦波为0～12V，三角波为0～20V，方波为0～24V。若要得到更高的频率，还可改变三档电容的值。 图1-6 表 1-1 ISL8038管脚功能 管 脚 符 号 功 能 1，12 SINADJ1，SINADJ2 正弦波波形调整端。通常SINADJ1开路或接直流电压， SINADJ2接电阻REXT到V-，用以改善正弦波波形和减小失真。 2 SINOUT 正弦波输出 3 TRIOUT 三角波输出 4，5 DFADJ1，DFADJ2 输出信号重复频率和占空比（或波形不对称度）调节端。通常DFADJ1端接电阻RA到V+，DFADJ2端接RB到V+，改变阻值可调节频率和占空比。 6 V+ 正电源 7 FMBIAS 调频工作的直流偏置电压 8 FMIN 调频电压输入端 9 SQOUT 方波输出 10 C 外接电容到V-端，用以调节输出信号的频率与占空比 11 V- 负电源端或地 13，14 NC 空脚 四、制作印刷电路板 首先，按图制作印刷电路板，注意不能有断线和短接，然后，对照原理图和印刷电路板的元件而进行元件的焊接。可根据自己的习惯并遵循合理的原则，将面板上的元器件安排好，尽量使连接线长度减少，变压器远离输出端。再通电源进行调试，调整分立元件振荡电路放大元件的工作点，使之处于放大状态，并满足振幅起振条件。仔细检查反馈条件，使之满足正反馈条件，从而满足相位起振条件。 制作完成后，应对整机进行调试。先测量电源支流电压，确保无误后，插上集成快，装好连接线。可以用示波器观察波形发出的相应变化，幅度的大小和频率可以通过示波器读出 。 五、系统测试及误差分析 1、测试仪器 双踪示波器 YB4325(20MHz)、万用表。 2、测试数据 基本波形的频率测量结果 频率/KHz 正弦波 预置 01 02 2 20 50 100 实测 0095 0196 0003 0038 00096 193 方波 预置 01 02 2 20 50 实测 095 0197 0002 0004 0038 三角波 预置 01 02 1 2 20 100 实测 0095 0196 0002 0004 0038 0191 3、误差分析及改善措施 正弦波失真。调节R100K电位器RW4，可以将正弦波的失真减小到1%，若要求获得接近5%失真度的正弦波时，在6脚和11脚之间接两个100K电位器就可以了。 输出方波不对称，改变RW3阻值来调节频率与占空比，可获得占空比为50%的方波，电位器RW3与外接电容C一起决定了输出波形的频率，调节RW3可使波形对称。 没有振荡。是10脚与11脚短接了，断开就可以了 产生波形失真，有可能是电容管脚太长引起信号干扰，把管脚剪短就可以解决此问题。也有可能是因为2030功率太大发热导致波形失真，加装上散热片就可以了。 4、调试结果分析 输出正弦波不失真频率。由于后级运放上升速率的限制，高频正弦波（f>70KHz）产生失真。输出可实现2V步进，峰-峰值扩展至0～26V。 图1-2 图 1−7 六、结论 通过本篇论文的设计，使我们对ICL8038的工作原理有了本质的理解，掌握了ICL8038的引脚功能、工作波形等内部构造及其工作原理。利用ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备。可输出正弦波、方波、三角波，输出波形稳定清晰，信号质量好，精度高。系统输出频率范围较宽且经济实用。 七、参考文献 【1】谢自美《电子线路设计实验测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月 【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，8 【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社， 【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。10 【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。9 【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006

以下均可参考,从参考网址进入,合适的话,给我加分!谢谢基于labVIEW虚拟滤波器的设计与实现 双闭环直流调速系统设计单片机脉搏测量仪 单片机控制的全自动洗衣机毕业设计论文FPGA电梯控制的设计与实现 恒温箱单片机控制基于单片机的数字电压表 单片机控制步进电机毕业设计论文函数信号发生器设计论文 110KV变电所一次系统设计报警门铃设计论文 51单片机交通灯控制单片机温度控制系统 CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析仓库温湿度的监测系统 基于单片机的电子密码锁单片机控制交通灯系统设计 基于DSP的IIR数字低通滤波器的设计与实现智能抢答器设计 基于LabVIEW的PC机与单片机串口通信DSP设计的IIR数字高通滤波器 单片机数字钟设计自动起闭光控窗帘毕业设计论文 三容液位远程测控系统毕业论文基于Matlab的PWM波形仿真与分析 集成功率放大电路的设计波形发生器、频率计和数字电压表设计 水位遥测自控系统 毕业论文宽带视频放大电路的设计 毕业设计 简易数字存储示波器设计毕业论文球赛计时计分器 毕业设计论文 IIR数字滤波器的设计毕业论文PC机与单片机串行通信毕业论文 基于CPLD的低频信号发生器设计毕业论文110kV变电站电气主接线设计 序列在扩频通信中的应用正弦信号发生器 红外报警器设计与实现开关稳压电源设计 基于MCS51单片机温度控制毕业设计论文步进电动机竹竿舞健身娱乐器材 单片机控制步进电机 毕业设计论文单片机汽车倒车测距仪 基于单片机的自行车测速系统设计水电站电气一次及发电机保护 基于单片机的数字显示温度系统毕业设计论文语音电子门锁设计与实现 工厂总降压变电所设计-毕业论文单片机无线抢答器设计 基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计论文单片机串行通信发射部分毕业设计论文 基于VHDL语言PLD设计的出租车计费系统毕业设计论文超声波测距仪毕业设计论文 单片机控制的数控电流源毕业设计论文声控报警器毕业设计论文 基于单片机的锁相频率合成器毕业设计论文基于Multism/protel的数字抢答器 单片机智能火灾报警器毕业设计论无线多路遥控发射接收系统设计毕业论文 单片机对玩具小车的智能控制毕业设计论文数字频率计毕业设计论文 基于单片机控制的电机交流调速毕业设计论文楼宇自动化--毕业设计论文 车辆牌照图像识别算法的实现--毕业设计超声波测距仪--毕业设计 工厂变电所一次侧电气设计电子测频仪--毕业设计 点阵电子显示屏--毕业设计电子电路的电子仿真实验研究 基于51单片机的多路温度采集控制系统基于单片机的数字钟设计 小功率不间断电源(UPS)中变换器的原理与设计自动存包柜的设计 空调器微电脑控制系统全自动洗衣机控制器 电力线载波调制解调器毕业设计论文图书馆照明控制系统设计 基于AC3的虚拟环绕声实现电视伴音红外转发器的设计 多传感器障碍物检测系统的软件设计基于单片机的电器遥控器设计 基于单片机的数码录音与播放系统单片机控制的霓虹灯控制器 电阻炉温度控制系统智能温度巡检仪的研制 保险箱遥控密码锁 毕业设计10KV变电所的电气部分及继电保护 年产26000吨乙醇精馏装置设计卷扬机自动控制限位控制系统 铁矿综合自动化调度系统磁敏传感器水位控制系统 继电器控制两段传输带机电系统广告灯自动控制系统 基于CFA的二阶滤波器设计霍尔传感器水位控制系统 全自动车载饮水机浮球液位传感器水位控制系统 干簧继电器水位控制系统电接点压力表水位控制系统 低成本智能住宅监控系统的设计大型发电厂的继电保护配置 直流操作电源监控系统的研究悬挂运动控制系统 气体泄漏超声检测系统的设计电压无功补偿综合控制装置 FC-TCR型无功补偿装置控制器的设计DSP电机调速 150MHz频段窄带调频无线接收机电子体温计 基于单片机的病床呼叫控制系统红外测温仪 基于单片微型计算机的测距仪智能数字频率计 基于单片微型计算机的多路室内火灾报警器信号发生器 基于单片微型计算机的语音播出的作息时间控制器交通信号灯控制电路的设计 基于单片机步进电机控制系统设计多路数据采集系统的设计 电子万年历 遥控式数控电源设计 110kV降压变电所一次系统设计 220kv变电站一次系统设计 智能数字频率计 信号发生器基于虚拟仪器的电网主要电气参数测试设计 基于FPGA的电网基本电量数字测量系统的设计 风力发电电能变换装置的研究与设计 电流继电器设计 大功率电器智能识别与用电安全控制器的设计 交流电机型式试验及计算机软件的研究 单片机交通灯控制系统的设计 智能立体仓库系统的设计 智能火灾报警监测系统 基于单片机的多点温度检测系统 单片机定时闹钟设计 湿度传感器单片机检测电路制作 智能小车自动寻址设计--小车悬挂运动控制系统 探讨未来通信技术的发展趋势 音频多重混响设计 单片机呼叫系统的设计 基于FPGA和锁相环4046实现波形发生器 基于FPGA的数字通信系统 基于单片机的带智能自动化的红外遥控小车 基于单片机AT89C51的语音温度计的设计 智能楼宇设计 移动电话接收机功能电路 单片机演奏音乐歌曲装置的设计 单片机电铃系统设计 智能电子密码锁设计 八路智能抢答器设计 组态控制抢答器系统设计 组态控制皮带运输机系统设计 基于单片机控制音乐门铃 基于单片机控制文字的显示 基于单片机控制发生的数字音乐盒 基于单片机控制动态扫描文字显示系统的设计 基于LMS自适应滤波器的MATLAB实现 D功率放大器毕业论文 无线射频识别系统发射接收硬件电路的设计 基于单片机PIC16F877的环境监测系统的设计 基于ADE7758的电能监测系统的设计 智能电话报警器 数字频率计 课程设计 多功能数字钟电路设计 课程设计 基于VHDL数字频率计的设计与仿真 基于单片机控制的电子秤 基于单片机的智能电子负载系统设计 电压比较器的模拟与仿真 脉冲变压器设计 MATLAB仿真技术及应用 基于单片机的水温控制系统 基于FPGA和单片机的多功能等精度频率计 发电机－变压器组中微型机保护系统 基于单片机的鸡雏恒温孵化器的设计 数字温度计的设计 生产流水线产品产量统计显示系统 水位报警显时控制系统的设计 红外遥控电子密码锁的设计 基于MCU温控智能风扇控制系统的设计 数字电容测量仪的设计 基于单片机的遥控器的设计 200电话卡代拨器的设计 数字式心电信号发生器硬件设计及波形输出实现 电压稳定毕业设计论文 基于DSP的短波通信系统设计(IIR设计) 一氧化碳报警器 网络视频监控系统的设计 全氢罩式退火炉温度控制系统 通用串行总线数据采集卡的设计 单片机控制单闭环直流电动机的调速控制系统 单片机电加热炉温度控制系统 单片机大型建筑火灾监控系统 USB接口设备驱动程序的框架设计 基于Matlab的多频率FMICW的信号分离及时延信息提取 正弦信号发生器 小功率UPS系统设计 全数字控制SPWM单相变频器 点阵式汉字电子显示屏的设计与制作 基于AT89C51的路灯控制系统设计 基于AT89C51的路灯控制系统设计 基于AT89C51的宽范围高精度的电机转速测量系统 开关电源设计基于PDIUSBD12和K9F2808简易USB闪存设计 微型机控制一体化监控系统直流电机试验自动采集与控制系统的设计 新型自动装弹机控制系统的研究与开发 交流异步电机试验自动采集与控制系统的设计转速闭环控制的直流调速系统的仿真与设计基于单片机的数字直流调速系统设计多功能频率计的设计18信息移频信号的频谱分析和识别集散管理系统—终端设计基于MATLAB的数字滤波器优化设计基于AT89C51SND1C的MP3播放器基于光纤的汽车CAN总线研究汽车倒车雷达基于DSP的电机控制超媒体技术数字电子钟的设计与制作温度报警器的电路设计与制作数字电子钟的电路设计鸡舍电子智能补光器的设计高精度超声波传感器信号调理电路的设计电子密码锁的电路设计与制作单片机控制电梯系统的设计常用电器维修方法综述控制式智能计热表的设计电子指南针设计汽车防撞主控系统设计单片机的智能电源管理系统电力电子技术在绿色照明电路中的应用电气火灾自动保护型断路器的设计基于单片机的多功能智能小车设计对漏电保护器安全性能的剖析解析民用建筑的应急照明电力拖动控制系统设计低频功率放大器设计银行自动报警系统

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