函數(shù)信號(hào)發(fā)生器_開題報(bào)告

1、在4祝/北母科技號(hào)亳畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目函數(shù)信號(hào)發(fā)生器專業(yè)名稱電子信息工程班級(jí)學(xué)號(hào)118501106學(xué)生姓名蔡偉攀指導(dǎo)教師 鄧洪峰填表日期 2015 年3月 25 日開題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、 國(guó)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、 主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等容。以下填寫容各專業(yè)可根據(jù)具體情 況適當(dāng) 修改。 但每個(gè)專業(yè)填寫容應(yīng)保持一致。一、選題的依據(jù)及意義1. 選題依據(jù)信號(hào)發(fā)生器（signal generator ）又稱信號(hào)源或振蕩器，是輸出供給量，產(chǎn)生頻率、 幅度、 波形等主要參數(shù)都可調(diào)的信號(hào)，用于測(cè)量的信號(hào)發(fā)生器指的是能

2、夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則的信號(hào)源，在電子系統(tǒng)的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)、校準(zhǔn)和維護(hù)中的得到廣泛的應(yīng)用。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、 矩形波 （含方波）、正弦波甚至任意波形，各種波形曲線均可用三角函數(shù)方程式表示。如在制作和調(diào)試音頻功率放大器時(shí)，就需要人為的輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào)，才能測(cè)量功率放大器的輸出，得到功率放大器的相關(guān)參數(shù)，此時(shí)要用到的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào)就是由信號(hào)發(fā)生器提供的，可見信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用很廣。信號(hào)發(fā)生器其作用是：測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性、相頻特性；測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)響應(yīng)；測(cè)量接收機(jī)；測(cè)量元件參數(shù)等。信號(hào)源可以分為通用和專用兩種，通用信號(hào)源包括: 正弦信號(hào)源、脈沖信號(hào)源、函數(shù)信號(hào)源、高頻

3、信號(hào)源、噪聲信號(hào)源；專用信號(hào)源包括：電視信號(hào)源、編碼脈沖信號(hào)源。信號(hào)發(fā)生器根據(jù)輸出波形可以分為：正弦信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、脈沖信號(hào)發(fā)生器和噪聲信號(hào)發(fā)生器。（ 1） 正弦信號(hào)發(fā)生器主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。按照其不同性能和用途還可以分為低頻（20Hz10MHz信號(hào)發(fā)生器、高頻（100kHz300MHz信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、掃頻和程控發(fā)生信號(hào)發(fā)生器、頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。（ 2）函數(shù)（波形）信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生特定的周期性時(shí)間函數(shù)波形（正弦波、方波、 三角波、 鋸齒波和脈沖波等）信號(hào)， 頻率圍可以從幾微赫茲到幾十兆赫茲。除供通信、儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試

4、外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。（ 3）脈沖信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生寬度、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測(cè)試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號(hào)來測(cè)試?yán)走_(dá)、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。（ 4）隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器通常又分為噪聲信號(hào)發(fā)生器和偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器兩種。噪聲信號(hào)發(fā)生器的主要用途為： 在待測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，以模擬實(shí)際工作條件中的噪聲而測(cè)定系統(tǒng)性能； 外加一個(gè)已知噪聲信號(hào)與系統(tǒng)部噪聲比較以測(cè)定噪聲系數(shù)；用隨機(jī)信號(hào)代替正弦或脈沖信號(hào)，以測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性等。當(dāng)用噪聲信號(hào)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)測(cè)量時(shí)，若平均測(cè)量時(shí)間不夠長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)行誤差，可用偽隨機(jī)信號(hào)來解決。信號(hào)發(fā)生器按照用途分可以分為專用信

5、號(hào)發(fā)生器和通用信號(hào)發(fā)生器等；按照性能有普通信號(hào)發(fā)生器和標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器；按照調(diào)制類型可以分為調(diào)幅信號(hào)發(fā)生器、調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器、調(diào)相信號(hào)發(fā)生器、脈沖調(diào)制信號(hào)發(fā)生器及組合調(diào)制發(fā)生器等；按照頻率調(diào)節(jié)方式可以分為掃頻信號(hào)發(fā)生器、程控信號(hào)發(fā)生器等。傳統(tǒng)的波形發(fā)生器大多是采用分立元件組成的，這種電路存在波形質(zhì)量差、控制難、可調(diào)圍小、電路復(fù)雜和體積大等特點(diǎn)，特別是對(duì)于低頻信號(hào)而言，這些問題更是突出。 而用單片機(jī)構(gòu)成的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以克服這些問題，還能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波等波形，而且波形的幅度和頻率都是可以改變的。2. 選題意義函數(shù)發(fā)生器是電子電路等各種實(shí)驗(yàn)中必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一，設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器是一個(gè)很好

6、的選題，因此我們要熟悉的掌握它的工作原理。本課題是研究設(shè)計(jì)一個(gè)基于 51 單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，和其他方案的設(shè)計(jì)比起來成本較低而且精度較高，最重要的是開發(fā)起來簡(jiǎn)單易于調(diào)試，相對(duì)來說具有一定程度的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在如今的社會(huì)，電子科技發(fā)展猛速，社會(huì)依靠電子科技有了本質(zhì)的改變，人們的價(jià)值觀和需求也在改變，因此基于單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器會(huì)越來越進(jìn)入我們的使用圍。二、國(guó)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）以前，信號(hào)發(fā)生器全部屬于模擬方式，借助電阻電容，電感電容、諧振腔、同軸線作為振蕩回路產(chǎn)生正弦或其它函數(shù)波形。頻率的變動(dòng)由機(jī)械驅(qū)動(dòng)可變?cè)?，如電容器或諧振腔來完成，往往調(diào)節(jié)圍受到限制，因而劃分為音頻、高

7、頻、超高頻、射頻和微波等信號(hào)發(fā)生器。隨著無線電應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，針對(duì)廣播、電視、雷達(dá)、通信的專用信號(hào)發(fā)生器亦獲得發(fā)展，表現(xiàn)在載波調(diào)制方式的多樣化，從調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相到脈沖調(diào)制。后來， 數(shù)字技術(shù)日益成熟，信號(hào)發(fā)生器絕大部分不再使用機(jī)械驅(qū)動(dòng)而采用數(shù)字電路， 從一個(gè)頻率基準(zhǔn)由數(shù)字合成電路產(chǎn)生可變頻率信號(hào)。調(diào)制方式更加復(fù)雜，出現(xiàn)同相 / 正交調(diào)制至寬頻數(shù)字調(diào)制。數(shù)字合成技術(shù)使信號(hào)發(fā)生器變?yōu)榉浅］p便、覆蓋頻率圍寬、輸出動(dòng)態(tài)圍大、容易編程、適用性強(qiáng)和使用方便的激勵(lì)源。過去測(cè)量1GHz以上的射頻和微波元部件需要幾個(gè)信號(hào)要手動(dòng)操作，現(xiàn)在一臺(tái)高檔信號(hào)發(fā)生器可提供1MHz至65GHz的帶寬，而且全部程控操作，從實(shí)驗(yàn)

8、室的臺(tái)式，生產(chǎn)車間的便攜式至現(xiàn)場(chǎng)的手持式應(yīng)用都有大量信號(hào)發(fā)生器可供選擇。特別是微處理器的出現(xiàn)，更促使了 信號(hào)發(fā)生器向著智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。現(xiàn)在，許多信號(hào)發(fā)生器除帶有微處理器，因而具備了自校、自驗(yàn)、自動(dòng)故障診斷 和自動(dòng)波形形成和修正等功能外，還帶有 IEEE-488或RS232總線，可以和控制計(jì)算 機(jī)及其他測(cè)量?jī)x器儀器方便地構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。目前比較讓大家熟悉的發(fā)生器有這么一些，如正弦信號(hào)發(fā)生器、低頻和高頻信號(hào)發(fā)生器、微波信號(hào)發(fā)生器、鎖相信號(hào)發(fā) 生器和合成信號(hào)發(fā)生器等等。正弦信號(hào)發(fā)生器：正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、 增益及靈敏度等。按頻率覆蓋圍分為低頻信號(hào)發(fā)生器、高

9、頻信號(hào)發(fā)生器和微波信號(hào)發(fā) 生器；按輸出電平可調(diào)節(jié)圍和穩(wěn)定度分為簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器（即信號(hào)源）、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā) 生器（輸出功率能準(zhǔn)確地衰減到-100分貝毫瓦以下）和功率信號(hào)發(fā)生器（輸出功率 達(dá)數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號(hào)發(fā)生器、掃頻式信號(hào)發(fā)生器、 程控式信號(hào)發(fā)生器和頻率合成式信號(hào)發(fā)生器等。低頻信號(hào)發(fā)生器：包括音頻（20020000赫）和視頻（1赫10兆赫）圍的正 弦波發(fā)生器。主振級(jí)一般用 RM振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻 率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。高頻信號(hào)發(fā)生器：頻率為100千赫30兆赫的高頻、30300兆赫的甚高頻信號(hào) 發(fā)生器。一般采用LC調(diào)諧式振蕩器，

10、頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。主要用 途是測(cè)量各種接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。輸出信號(hào)可用部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào) 頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。微波信號(hào)發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號(hào)發(fā)生器。信號(hào)通常由帶分布參 數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿 氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。儀器一般靠機(jī)械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺(tái)可覆蓋 一個(gè)倍頻程左右，由腔體耦合出的信號(hào)功率一般可達(dá)10毫瓦以上。簡(jiǎn)易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再從后隨衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值； 還必須有部或外加矩形脈沖調(diào)幅，

11、以便測(cè) 試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。鎖相信號(hào)發(fā)生器是由調(diào)諧振蕩器通過鎖相的方法獲得輸出信號(hào)的信號(hào)源。 這類信 號(hào)發(fā)生器頻率的精度和穩(wěn)定度很高，但要實(shí)現(xiàn)快速和數(shù)控比較困難，同時(shí)輸出信號(hào)的 頻率分辨率較差。實(shí)現(xiàn)高分辨率的信號(hào)發(fā)生器，采用鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)有一定的難度，尤 其是覆蓋低頻和高頻的信號(hào)發(fā)生器采用鎖相實(shí)現(xiàn)比較困難。合成信號(hào)發(fā)生器是采用頻率合成方法構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器。合成信號(hào)發(fā)生器中使用一個(gè)晶體參考頻率源，所需的各種頻率都由它經(jīng)過分頻、混頻和倍頻后得到的，因而合成器輸出頻率的穩(wěn)定性和精度與參考源一樣，現(xiàn)在絕大多數(shù)頻率合成技術(shù)都使用這種合成方法。這類信號(hào)發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定度高、分辨率高、輸出信號(hào)頻率圍寬、頻率易于

12、實(shí)現(xiàn)程序控制、可以實(shí)現(xiàn)多種波形輸出及頻率顯示方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率、高頻率精多功多用自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。我國(guó)已經(jīng)開始研制函數(shù)信號(hào)波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。但總的來說我國(guó)的函數(shù)信號(hào)波形發(fā)生器還沒有形成真正的產(chǎn)業(yè)。就目前國(guó)的成熟產(chǎn)品來看，多為一些PC儀器插卡，獨(dú)立的儀器和 VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且我國(guó)目前在函數(shù)信號(hào)波形發(fā)生器的種類和性能都與國(guó)外同類產(chǎn)品存在較大的差距，因此加緊對(duì)這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。三、研究容及實(shí)驗(yàn)方案1. 研究容：(1)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：利用51單片機(jī)作為控制電路和DAC083芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換構(gòu)成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。使得電路能產(chǎn)生正弦波、三角波

13、、方波、鋸齒波和梯形波。同時(shí)對(duì)幅度和頻率進(jìn)行相應(yīng)的控制。(2)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：在本次設(shè)計(jì)中要用到 Altium Designer軟件進(jìn)行PCB制圖， 然后編寫程序要在Keil C51環(huán)境中編譯，再把程序?qū)?STC89C5芯片中，最后利用 示波器觀察所要得到的波形結(jié)果。2. 實(shí)驗(yàn)方案：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。這次設(shè)計(jì)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器由單片機(jī)(STC89C51作為主控制電路，和DAC08325片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換構(gòu)成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。另外由復(fù)位電路、穩(wěn)壓電源控制電路、整流部分、波形放大電路、按鍵控制部分、LCD液晶顯示電路等構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如下圖所示：系統(tǒng)組成框圖波形由所編程

14、序控制產(chǎn)生，由單片機(jī)為核心控制電路，向D/A的輸入端按照一定 的規(guī)律傳送數(shù)據(jù)，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再由DAC0832勺輸出端輸出信號(hào)，輸 出的信號(hào)經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換電路運(yùn)算放大器 LM324馬到不同的波形。通過程序和按鍵控制 部分來選擇波形的類型、調(diào)制波形的幅度和頻率。最后在LCD1602k顯示波形的類型 及數(shù)值。四、研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度1. 研究目標(biāo)：(1)設(shè)計(jì)函數(shù)發(fā)生器，利用51單片機(jī)作為控制電路，使該函數(shù)發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、 三角波、方波、鋸齒波、梯形波。(2)使用同一按鍵選擇五個(gè)波形，依次輸出。要求幅度圍控制在05V,正弦波的頻率 圍控制在1050Hz,步進(jìn)值為10Hz;三角波

15、的頻率圍控制 在50250Hz;步進(jìn)值為50Hz; 方波的頻率圍控制在2001000Hz步進(jìn)值為200Hz;鋸齒波的頻率圍控制在100500Hz, 步進(jìn)值為100Hz;梯形波的頻率圍控制在50250Hz,步進(jìn)值為50。(3)輸出波形的同時(shí)實(shí)物上的LCD!一行顯示容為：輸出正弦波時(shí)顯示：Sine Wave；輸出三角波時(shí)顯示：Triangle Wave ;輸出方波時(shí)顯示：Square Wave；輸出鋸齒波時(shí)顯示：Sawtooth Wave ；輸出梯形波時(shí)顯示：Trapezoidal Wave ；第二行顯示容為：Frequency: * Hz 。2. 主要特色：設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器功能比較齊全能輸出幾種

16、波形、性能高、波形精度高失真小、電路結(jié)構(gòu)框圖較簡(jiǎn)單，容易調(diào)試和操作，使用程序控制單片機(jī)使得修改起來方便。3. 工作進(jìn)度：1. 完成外文資料翻譯第1 周第2周2. 上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，完成開題報(bào)告，確定設(shè)計(jì)方案第3 周第4 周3. 完成軟硬件設(shè)計(jì)第5 周第6 周4. 進(jìn)行軟硬件調(diào)試第7 周第9 周5. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿第10 周第13 周6. 修改和完善畢業(yè)論文第14 周第15 周7. 提交畢業(yè)論文準(zhǔn)備論文答辯第16 周第17 周五、參考文獻(xiàn)1 江志紅 . 51 單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)案例精選M.: 清華大學(xué).2008.12 .2 臧春華 , 邵杰 , 小龍 . 綜合電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.: 航空航天大學(xué)出社.2009.11.3 王松武 , 于鑫 , 武思軍 . 電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐M.: 國(guó)防工業(yè).2005.1.4 寧武 , 唐曉宇 , 閆曉金 . 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本技能指導(dǎo)M.: 電子工業(yè)出社.2009.5.5 馬 玉 麗 , 康 麗 娟 . 函 數(shù) 信 號(hào) 發(fā) 生 器 制 作 方 法 的 比 較 與 分 析 J . 遠(yuǎn) 洋 船 員 學(xué) 院 學(xué) 報(bào).2007,2