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1、1河南科技大学河南科技大学课课程程设设计计说说明明书书课程名称微机应用技术课程设计微机应用技术课程设计题目函数发生器设计函数发生器设计学院医学技术与工程医学技术与工程班级生医生医12021202班班学生姓名董董芳芳指导教师宋卫东宋卫东杨晓利杨晓利日期2014201444332课程设计任务书课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称专业课综合课程设计学生姓名董芳专业班级生医122班设计题目函数发生器设计一、课程设计目的函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立元件（如视频信号函数发生
2、器S101全部采用晶体管），也可以采用集成电路（如单片函数发生器5G8038）。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题要求设计由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器。二、设计内容、技术条件和要求1.设计方波-三角波-正弦波函数发生器；2可以采用双运放A747差分放大器设计也可以采用其他电路完成。通过查找资料选定两个以上方案，进行方案比较论证，确定一个较好的方案。3使用Protel、Proteus或EWB等软件绘制电路图。三、时间进度安排第1周：查阅资料；第2周：实现设计内容第3周：整理资料，撰写课程设计任务书四、主要参考文献参考模拟电子技术和医学仪器教
3、材指导教师签字：年月日3目录目录一、绪论.41.1本课题相关背景知识.41.2函数发生器的发展现状.51.3函数信号发生器的发展趋势.5二、函数发生器设计总方案及其原理.62.1电路设计原理框图.62.2函数发生器的总方案设计.62.3方波发生电路的电路图及工作原理.72.4方波-三角波转换电路的电路图及工作原理.82.5三角波-正弦波转换电路的工作原理.112.6电路的参数选择及计算.132.7总电路图.14三、仿真电路.163.1方波三角波发生电路的仿真.163.2三角波-正弦波转换电路的仿真.17四、电路的实验结果.174.1方波-三角波发生电路的实验结果.174.2三角波-正弦波转换电
4、路的实验结果.184.3总电路的实验结果.19五、收获与体会.19六、参考文献.204一、绪论一、绪论1.1本课题相关背景知识本课题相关背景知识随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子电路及其应用系统设计手段也越来越先进。传统的电子电路与系统设计方法，周期长、耗材多、效率低，难以满足电子技术飞速发展的要求。“电子工作平台”，即EWB（ElectronicsWorkbench），是将先进的计算机技术应用在电子设计与仿真过程中的新技术，它已被广泛应用于电子电路分析、设计、仿真、印制电路板的设计等各项工作之中。EWB为使用者提供了一个集成一体化的设计与试验环境，创建电路、试验分析和结果输出，在一个集
5、成菜单系统中可以全部完成，使电子电路及系统的设计产生了划时代的变化，极大地提高了设计质量与效率。EWB与电路分析软件PSpice完全兼容，而且具有界面形象逼真、操作方便，采用图形方式创建电路等优点。EWB还有庞大的元器件库和比较齐全的仪器仪表库。集成电路（IC:IntegratedCircuit）是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片（如硅，或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。1965年，Intel公司创始人之一的GordenE.Moore博士在研究存储器芯片上晶体管增长数
6、的时间关系时预测，芯片上晶体管数目每隔18个月翻一番或每三年翻两番，这一关系称为摩尔定律（MooresLaw）。集成电路从19世纪60年代开始发展至今，其规模几乎仍然按照摩尔定律发展。从标志IC水平的两个指标集成规模（IntegrationScale）和特征尺寸（FeatureSize）来看，目前单个芯片上已经可以制作含有几百万个晶体管的一个完整的数字系统或数模混合的电子系统，集成电路的特征尺寸也已发展到深亚微米水平，0.18工艺已经m走向规模化生产。随着应用领域的不断扩展，社会对集成电路芯片的需求量和种类越来越多，消费者对产品的整机性能要求越来越高。而集成电路设计技术与制造技术水平也在迅速发
7、展，越来越多性价比好的电路不断推出。在这种需求牵引和技术进5步的双重作用下，集成电路正在向集成系统（IS：IntegratedSystem）发展，即在一个微电子芯片上将信息的采集、传输、存储、处理等功能集成在一起而构成系统芯片（SOC：SystemOnChip）。为实现SOC，提出了更多的基础研究、设计技术研究及工艺技术研究的方向。此外，这种微电子技术一旦与其他学科相结合，将会诞生出一些崭新的学科，MEMS技术和DNA生物芯片就是突出的例子。前者是微电子技术与机械、光学等领域结合而诞生的，后者则是与生物技术结合的产物。1.2函数发生器的发展现状函数发生器的发展现状目前，市场上的信号发生器多种多
8、样，一般按频带分为以下几种:超高频:频率范围1MHz以上，可达几十兆赫兹；高频:几百干赫兹到几兆赫兹；低频:频率范围为几十赫兹到几百千赫；超低频:频率范围为零点几赫兹到几百赫兹；超高频信号发生器，产生波形一般用LC振荡电路。高频、低频和超低频信号发生器，大多使用文氏桥振荡电路，即RC振荡电路，通过改变电容和电阻值，改变频率。用以上原理设计的信号发生器，其输出波形一般只有两种，即正弦波和脉冲波，其零点不可调。而且价格也比较贵，一般在几百元左右。在实际应用中，超低频波和高频波一般是不用的，一般用中频，即几十赫兹到几十千赫兹。用单片计算机Inte18031，加上一片DAC0832就可以做成一个简单的
9、信号发生器，其频率受计算机运行的程序的控制。我们可以把产生各种波形的程序，写在EPROM中，装入本机，按用户的选择，运行不同的程序，产生不同的波形。再在DAC0832输出端加上一些电压变换电路，就完成了一个频率、幅值、零点均可调的多功能信号发生器的设计。1.3函数信号发生器的发展趋势函数信号发生器的发展趋势中国电子测量仪器，随着世界高科技发展的潮流，走进了高科发展的道路，为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献。我国电子测量仪器在若干重大领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。6二、函数发生器设计总方案及其原理二、函数发生器设计总方案及其原理2
10、.1电路设计原理框图电路设计原理框图图2-1函数发生器原理框图2.22.2函数发生器的总方案设计函数发生器的总方案设计函数发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同，有产生三种或多种波形的函数发生器，使用的器件可以是分立器件(如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管)，也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波三角波正弦波函数发生器的设计方法。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如首先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方
11、波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以首先产生三角波或方波，再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题采用先产生方波三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。由比较器和积分器组成方波三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流7放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。2.3方波发生电路的电路图及工作原理方波发生电路的电路图及工作原理2.3.12.3.1方波发生电路电路图
12、方波发生电路电路图图2-3-1方波产生电路方波产生电路是由滞回比较电路和RC定时电路构成的。其上下限:（2-3-1）（2-3-2）2.3.22.3.2工作原理工作原理（1）设uo=+UOM，则：u+=UT+；此时，输出给C充电，UC，设UC初始值UC(0+)=0，在ucU+，UO立即由UOM变成UOM。(2)当UO=-UOM时，U+=UT-，此时，C经输出端放电再反向充电UC，达到UT-时，uo上翻，实现状态反转。当uo重新回到UOM以后，电路又进omURRRU211TomURRRU211T8入另一个周期性的变化。图2-3-2工作原理示意图2.4方波方波-三角波转换电路的电路图及工作原理三角波
13、转换电路的电路图及工作原理2.4.12.4.1方波方波-三角波转换电路的电路图三角波转换电路的电路图R110kohmR210kohmU17413247651U27413247651-12VVDD12VVCCR320kohm26%47kOhmKey=aRp1R45.1kohm0%100kOhmKey=bRp2-12VVDD12VVCCR510kohmC110uFC5470uFUo1图2-4-1方波三角波产生电路2.4.22.4.2工作原理工作原理若放大器A1同相输入端断开，运算放大器A1与R1、R2及R3、RP1组成电压比较器。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R1称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低9电平等于负电源电压-Vcc（|+VCC|=|-Vcc|）当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vcc或者从低电平-Vcc跳到高电平Vcc。设Uo1=+Vcc则（2-2-1）312231231()0CCiaRRPRUVURRRPRRRP（2-2-1）312231231()0CCiaRRPRUVURRRPRRRP式中RP1
