函數(shù)信號發(fā)生器開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 函數(shù)信號發(fā)生器專 業(yè) 名 稱 電子信息工程班 級 學 號 118501106學 生 姓 名 蔡偉攀指 導 教 師 鄧洪峰填 表 日 期 2015 年 3 月 25 日說 明開題報告應結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應保持一致。1、 選題的依據(jù)及意義1.選題依據(jù)信號發(fā)生器（signal generator）又稱信號源或振蕩器，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，用于測

2、量的信號發(fā)生器指的是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則的信號源，在電子系統(tǒng)的測量、實驗、校準和維護中的得到廣泛的應用。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，就需要人為的輸入一個標準音頻信號，才能測量功率放大器的輸出，得到功率放大器的相關(guān)參數(shù)，此時要用到的這個標準音頻信號就是由信號發(fā)生器提供的，可見信號發(fā)生器的應用很廣。信號發(fā)生器其作用是：測量網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性、相頻特性；測量網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)響應；測量接收機；測量元件參數(shù)等。信號源可以分為通用和專用兩種，通用信號源包括:正弦信號源、脈沖信號源、

3、函數(shù)信號源、高頻信號源、噪聲信號源；專用信號源包括：電視信號源、編碼脈沖信號源。信號發(fā)生器根據(jù)輸出波形可以分為：正弦信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器和噪聲信號發(fā)生器。（1)正弦信號發(fā)生器主要用于測量電路和系統(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）信號發(fā)生器、高頻（100kHz300MHz）信號發(fā)生器、微波信號發(fā)生器、掃頻和程控發(fā)生信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器等。（2）函數(shù)（波形）信號發(fā)生器能產(chǎn)生特定的周期性時間函數(shù)波形（正弦波、方波、三角波、鋸齒波和脈沖波等）信號，頻率范圍可以從幾微赫茲到幾十兆赫茲。除供通信、儀表和自動控

4、制系統(tǒng)測試外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。（3）脈沖信號發(fā)生器能產(chǎn)生寬度、幅度和重復頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應，或用作模擬信號來測試雷達、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。（4）隨機信號發(fā)生器通常又分為噪聲信號發(fā)生器和偽隨機信號發(fā)生器兩種。噪聲信號發(fā)生器的主要用途為：在待測系統(tǒng)中引入一個隨機信號，以模擬實際工作條件中的噪聲而測定系統(tǒng)性能；外加一個已知噪聲信號與系統(tǒng)內(nèi)部噪聲比較以測定噪聲系數(shù)；用隨機信號代替正弦或脈沖信號，以測定系統(tǒng)動態(tài)特性等。當用噪聲信號進行相關(guān)函數(shù)測量時，若平均測量時間不夠長，會出現(xiàn)統(tǒng)計行誤差，可用偽隨機信號來解決。信號發(fā)生器按照用途分可以分為專

5、用信號發(fā)生器和通用信號發(fā)生器等；按照性能有普通信號發(fā)生器和標準信號發(fā)生器；按照調(diào)制類型可以分為調(diào)幅信號發(fā)生器、調(diào)頻信號發(fā)生器、調(diào)相信號發(fā)生器、脈沖調(diào)制信號發(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發(fā)生器、程控信號發(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)范圍小、電路復雜和體積大等特點，特別是對于低頻信號而言，這些問題更是突出。而用單片機構(gòu)成的函數(shù)信號發(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驗中必不可少的實驗設(shè)備之一，設(shè)計函數(shù)發(fā)生器是一個很

6、好的選題，因此我們要熟悉的掌握它的工作原理。本課題是研究設(shè)計一個基于51單片機的函數(shù)信號發(fā)生器，和其他方案的設(shè)計比起來成本較低而且精度較高，最重要的是開發(fā)起來簡單易于調(diào)試，相對來說具有一定程度的社會和經(jīng)濟價值。在如今的社會，電子科技發(fā)展猛速，社會依靠電子科技有了本質(zhì)的改變，人們的價值觀和需求也在改變，因此基于單片機的函數(shù)信號發(fā)生器會越來越進入我們的使用范圍。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）以前，信號發(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。頻率的變動由機械驅(qū)動可變元件，如電容器或諧振腔來完成，往往調(diào)節(jié)范圍受到限制，因而劃分為音頻

7、、高頻、超高頻、射頻和微波等信號發(fā)生器。隨著無線電應用領(lǐng)域的擴展，針對廣播、電視、雷達、通信的專用信號發(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，信號發(fā)生器絕大部分不再使用機械驅(qū)動而采用數(shù)字電路，從一個頻率基準由數(shù)字合成電路產(chǎn)生可變頻率信號。調(diào)制方式更加復雜，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)使信號發(fā)生器變?yōu)榉浅］p便、覆蓋頻率范圍寬、輸出動態(tài)范圍大、容易編程、適用性強和使用方便的激勵源。過去測量1GHz以上的射頻和微波元部件需要幾個信號要手動操作，現(xiàn)在一臺高檔信號發(fā)生器可提供1MHz至65GHz的帶寬，而且全部程控操作，從實驗

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

9、器和微波信號發(fā)生器；按輸出電平可調(diào)節(jié)范圍和穩(wěn)定度分為簡易信號發(fā)生器（即信號源）、標準信號發(fā)生器（輸出功率能準確地衰減到-100分貝毫瓦以下）和功率信號發(fā)生器（輸出功率達數(shù)十毫瓦以上）；按頻率改變的方式分為調(diào)諧式信號發(fā)生器、掃頻式信號發(fā)生器、程控式信號發(fā)生器和頻率合成式信號發(fā)生器等。低頻信號發(fā)生器：包括音頻（20020000赫）和視頻（1赫10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。主振級一般用RC式振蕩器，也可用差頻振蕩器。為便于測試系統(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發(fā)生器。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器

10、的度盤刻度讀出。主要用途是測量各種接收機的技術(shù)指標。輸出信號可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。微波信號發(fā)生器：從分米波直到毫米波波段的信號發(fā)生器。信號通常由帶分布參數(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、場效應管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢。儀器一般靠機械調(diào)諧腔體來改變頻率，每臺可覆蓋一個倍頻程左右，由腔體耦合出的信號功率一般可達10毫瓦以上。簡易信號源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標準信號發(fā)生器則能將輸出基準電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再從后隨衰減器讀出信號電平的分貝毫瓦值；還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測試雷達等接收機。鎖相

11、信號發(fā)生器是由調(diào)諧振蕩器通過鎖相的方法獲得輸出信號的信號源。這類信號發(fā)生器頻率的精度和穩(wěn)定度很高，但要實現(xiàn)快速和數(shù)控比較困難，同時輸出信號的頻率分辨率較差。實現(xiàn)高分辨率的信號發(fā)生器，采用鎖相環(huán)來實現(xiàn)有一定的難度，尤其是覆蓋低頻和高頻的信號發(fā)生器采用鎖相實現(xiàn)比較困難。合成信號發(fā)生器是采用頻率合成方法構(gòu)成的信號發(fā)生器。合成信號發(fā)生器中使用一個晶體參考頻率源，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。這類信號發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定度高、分辨率高、輸出信號頻率范圍寬、頻率易于實現(xiàn)程序控制、可以實現(xiàn)多種波形輸出

12、及頻率顯示方便等優(yōu)點。當前信號發(fā)生器總的趨勢是向著寬頻率、高頻率精多功多用自動化和智能化方向發(fā)展。我國已經(jīng)開始研制函數(shù)信號波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。但總的來說我國的函數(shù)信號波形發(fā)生器還沒有形成真正的產(chǎn)業(yè)。就目前國內(nèi)的成熟產(chǎn)品來看，多為一些PC儀器插卡，獨立的儀器和VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且我國目前在函數(shù)信號波形發(fā)生器的種類和性能都與國外同類產(chǎn)品存在較大的差距，因此加緊對這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。三、研究內(nèi)容及實驗方案1.研究內(nèi)容：（1）系統(tǒng)的硬件設(shè)計：利用51單片機作為控制電路和DAC0832芯片進行數(shù)模轉(zhuǎn)換構(gòu)成函數(shù)信號發(fā)生器。使得電路能產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波和梯形波。同時對

13、幅度和頻率進行相應的控制。（2）系統(tǒng)的軟件設(shè)計：在本次設(shè)計中要用到Altium Designer軟件進行PCB制圖，然后編寫程序要在Keil C51環(huán)境中編譯，再把程序?qū)隨TC89C51芯片中，最后利用示波器觀察所要得到的波形結(jié)果。2.實驗方案：函數(shù)信號發(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)計的函數(shù)信號發(fā)生器由單片機（STC89C51）作為主控制電路，和DAC0832芯片進行數(shù)模轉(zhuǎn)換構(gòu)成函數(shù)信號發(fā)生器。另外由復位電路、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序控制產(chǎn)生，由單片機為核心控制電路，

14、向D/A的輸入端按照一定的規(guī)律傳送數(shù)據(jù)，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬信號，再由DAC0832的輸出端輸出信號，輸出的信號經(jīng)過波形轉(zhuǎn)換電路運算放大器LM324得到不同的波形。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LCD1602上顯示波形的類型及數(shù)值。四、研究目標、主要特色及工作進度1.研究目標：（1）設(shè)計函數(shù)發(fā)生器，利用51單片機作為控制電路，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波形，依次輸出。要求幅度范圍控制在05V,正弦波的頻率范圍控制在1050Hz，步進值為10Hz；三角波的頻率范圍控制 在50250Hz，步進值為50H

15、z；方波的頻率范圍控制在2001000Hz，步進值為200Hz；鋸齒波的頻率范圍控制在100500Hz,步進值為100Hz；梯形波的頻率范圍控制在50250Hz,步進值為50。（3）輸出波形的同時實物上的LCD第一行顯示內(nèi)容為： 輸出正弦波時顯示：Sine Wave； 輸出三角波時顯示：Triangle Wave； 輸出方波時顯示：Square Wave； 輸出鋸齒波時顯示：Sawtooth Wave； 輸出梯形波時顯示：Trapezoidal Wave； 第二行顯示內(nèi)容為：Frequency: * Hz 。2.主要特色：設(shè)計的信號發(fā)生器功能比較齊全能輸出幾種波形、性能高、波形精度高失真小、電

16、路結(jié)構(gòu)框圖較簡單，容易調(diào)試和操作，使用程序控制單片機使得修改起來方便。3.工作進度：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，完成開題報告，確定設(shè)計方案 第3周第4周3.完成軟硬件設(shè)計 第5周第6周4.進行軟硬件調(diào)試 第7周第9周5.畢業(yè)設(shè)計論文初稿 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)論文準備論文答辯 第16周第17周五、參考文獻1 江志紅. 51單片機技術(shù)與應用系統(tǒng)開發(fā)案例精選M.北京:清華大學出版社.2008.12 .2 臧春華,邵杰,魏小龍. 綜合電子系統(tǒng)設(shè)計與實踐M.北京:北京航空航天大學出社.2009.11.3 王松武,于鑫,武思軍. 電子創(chuàng)新設(shè)計與實踐M.北京:國防工業(yè)出版社.2005.1.4 寧武,唐曉宇,閆曉金. 全國大學生電子設(shè)計競賽基本技能指導M.北京:電子工業(yè)出社.2009.5. 5 馬玉麗,康麗娟.函數(shù)信號發(fā)生器制作方法的比較與分析J.青島遠洋船員學院學 報.2007,28( 2) :