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1、长 安 大 学电子技术课程设计 课题名称 低频正弦信号发生器 班 级 姓 名 指导教师 日 期 2011年1月4 前 言正弦交流信号是一种应用极为广泛的信号，它通常作为标准信号 ，用于电子电路的性能试验或参数测量。另外，在许多测试仪中也需要用标准的正弦信号检测一些物理量，正弦信号用作标准信号时，要求正弦信号必须有较高的精度，稳定度及低的失真率。本次电子课程设计的低频正弦信号发生器的要求为：信号的频率范围为20HZ20KHZ;输出电压幅度为5V；输出信号频率数字显示；输出电压幅度显示。针对以上设计要求，我们从图书馆收集，借阅了大量相关书籍，从网上下载了诸多相关资料，其次安装并学习使用了电路设计中
2、所常使用的Multisim仿真软件。在设计的要求下，画出了整体电路的框图，将其分为正弦信号发生器，输出电压和幅度数字显示，输出信号频率和其数字显示三大部分。其次我们对每个单元电路进行设计分析，对其工作原理进行介绍，最后使用Multisim软件画出单元电路，并对其仿真。完成电路的设计与分析后，对资料与设计电路进行整理，排版，完成课程设计报告。目 录前言2目录3摘要4关键字4设计要求4 系统概述5 单元电路设计与分析7 第一部分 正弦信号发生器的设计7 第二部分 简易频率计及其显示模块的设计12 第三部分 数字电压表机器显示部分的设计25 系统综述、总体电路图34 结束语 36参考文献 36元器件
3、说明 37收获与体会 38评语 39低频正弦信号发生器摘要：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，而正弦信号发生器是信号发生器中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号，在这些正弦信号发生器中又以低频正弦信号发生器最为常用。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，在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。现今，常用的信号发生器大部分是由模拟电路构成的，电路的组成主要包括选频网络、反馈网络、以及放大部分，这种方式的信号发生器可以看作是一个没有输出信号的带有选频网络的正反馈放大电路。此种信号发生器包含的选频
4、网络是RC选频电路或者LC选频电路。一般情况下，RC选频电路用于输出中频信号，LC选频电路用于输出高频信号，但需要这种模拟信号发生器用于输出低频信号往往需要的RC值很大（LC输出高频，更难以满足要求），这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，低频难以满足要求。而由数字电路构成的低频信号发生器多是由一些芯片组成，其低频性能比模拟信号发生器好得多，而且体积较小，输出的信号谐波较少，频率和振幅相对比较稳定。本文用MAX038芯片实现低频正弦信号的发生，借助于放大器对正弦信号进行放大，这种电路流程简单、运算速度高、便于调节与实现并且集成度强。关键字： 正弦波 信号发生器 放大器 频率显示 电
5、压显示设计要求： 任务书要求设计一个低频正弦信号发生器，根据题目要求，此低频正弦信号发生器有以下功能及主要技术要求： 信号频率范围20HZ20kHZ； 输出信号电压幅度5； 输出信号频率数字显示； 输出电压幅度数字显示。第一章 系统概述根据任务书的要求，系统可分为三大部分，即正弦信号的产生；输出频率的范围和其显示；输出电压的幅度和显示，我们采用MAX038芯片产生正弦信号，该芯片能产生高精度的信号，频率范围大，功耗低，信号产生后再通过运放OPA604的功率放大来满足输出电压的幅度要求，然后通过555定时器组成的施密特触发器，单稳态 电路，多谐振荡电路对其放大整形和控制，最终通过十六进制加法器7
6、4LS160，锁存器74LS373，译码器74LS48使数码管显示电压，由于本学期刚学过555定时器，74LS160,74L48等芯片，设计过程中易于理解和操作，其次是电压的显示，我们采用集成电路MC14433,MC1413,MC4511和MC1403设计成数字电压表，实现对电压的显示。其中MC14433的作用是将输入的模拟信号转换成数字信号，MC1403为MC14433提供精密电压，供MC14433A/D转换器作参考电压，MC4511的功能是将二-十进制转换成七段信号，MC1413的作用为驱动显示器的 a,b,c,d,e,f,g七个发光段，驱动数码管进行显示，数码管只将译码器输出的七段信号进
7、行数字显示，读出A/D转换结果，该模块集成度高，外围电路简单，便于实现。以下为电路的系统框图：电阻调节OPA604功率放大MC14433A/D转换MC1403MC4511MC1413共阴极LED发光数码管555施密特触发器&74LS160计数器74LS373锁存器74LS48译码器共阴数码管555单稳态电路555多谢振荡器 MAX038函数发生器芯片 图1电路系统框图第二章 单元电路设计与分析 第一节：正弦信号产生和放大电路模块设计一、 可行性论证：正弦波发生器是本设计的核心部分，以下介绍三种方案：方案一：采用传统的直接频率合成法直接合成。利用混频器，倍频器，分频器和带通滤波器完成对频率的算术
8、运算。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：采用锁相环间接频率合成（PLL）。虽然具有工作频率高，宽带，频谱质量好的优点，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。另外，由模拟方法合成的正弦波的参数（如幅度，频率和相位等）都很难控制，而且要实现大范围的频率变化相当困难，不易实现。方案三：用函数产生芯片直接产生所需信号。采用MAX038函数产生芯片，通过设置管脚参数的输入，可设计组成产生幅频精度很高且易于调整的波形信号，该波失真度很小，而且可实现的频率范围很大
9、，在电路参数要求苛刻的工作场所能够得到较好的应用，用该芯片设计组成的信号产生电路集成度高，而且简单，容易控制。综合比较，为了实现要求，选择方案三，使用高性能的芯片MAX038作为正弦波发生器的核心，实现高精度，高稳定的正弦信号输出。二、MAX038简介以下是MAX038管脚图，管脚功能和其性能的介绍：MAX038采用DIP-20封装形式，其管脚如下图2所示： 图2 MAX038管脚图各引脚功能简述如下：引脚标记符号功能说明1REF2.5V的基准电压输出2，6，9，11，18GND地3A0波形选择编码输入端（兼容TTL/CMOS电平）4A1波形选择编码输入端（兼容TTL/CMOS电平）5COSC
10、主振器外接电容接入端7DADJ占空比调节输入端8FADJ频率调整输入端10IIN电流输入端，用于频率调节和控制12PDO相位检测器输入端，若相位检测器不用，该端接地13PDI相位检测器基准时钟输入，如相位检测器不用，该端接地14SYNCTTL/CMOS电平输出，用于同步外部电路，不用时开路15DGND数字地，在SYNC不用时开路16DV+数字+5V电源。若SYNC不用，该端开路17V+5V电源输入端19OUT正弦波、方波或三角波输出端20V_-5V电源输入端表1 MAX038的引脚功能说明MAX038的内部结构和工作原理：MAX038的芯片内部包含振荡器、比较器、基准电压和正弦波形成器等。MA
11、X038产生信号的频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别控制。所需的输出波形可由在A0和A1输入端设置适当的代码来选择，所有的输出波形都对称于地电位的2V（峰峰值）信号。低阻抗输出的驱动能力可以达到20mA。在SYNC输出引脚端输出一个由内部振荡器产生的、与TTL兼容的、占空比为50的波形（不管其他波形的占空比是多少），可作为系统中其他器件的同步信号。内部振荡器也可以由连接到PDI引脚上的外部TTL时钟来同步。MAX038的工作电源为5（15）V。基本的振荡器是一个交变的、以恒流向电容器充电和放电的弛张振荡器，同时也就产生一个三角波和矩形波。充电和放电的电流是由流入引脚端IIN的电流来
12、控制的，并由加到引脚端FADJ和DADJ上的电压调制。流入引脚端IIN的电流可由2uA变化到750uA，对任一电容器CF值可以产生大于两个数量级（100倍）的频率变化。在引脚端FADJ上加2.4V电压可改变70的标称频率（与VFADJ=0V时比较），这种方法可以用作精确的控制。占空比（输出波形为正时所占时间的百分比）可由加2.3V的电源到引脚端DADJ上来控制其从10变化到90。这个电压改变了CF的充电和放电电流的比值，而维持频率近似不变。引脚端REF的2.5V基准电压可以用固定电阻连接到引脚端IIN、FADJ或DADJ，也可以用电位器从这些输入端接到REF端进行调整。FADJ和/或DADJ可
13、以接地产生具有占空比为50的标称频率信号。MAX038芯片附加少许外围电路就能够产生三角波、锯齿波、正弦波、方波、矩脉冲波形。该芯片具有如下的功能特点：(1)输出频率范围：0120 MHz，最高可达40 MHz：(2)输出波形占空比(1585)独立可调，占空比可由DADJ端调整，如果DADJ端接地，则输出占空比为50；(3)具有低输出阻抗的输出缓冲器，输出阻抗的典型值为01 ；(4)备有TTL兼容的独立同步信号SYNC(方波输出，固定占空比为50)，方便组建 (5)低温度漂移。对于所有输出波形来说，输出波形是以地为参考的对称波形，在低输出阻抗的情况下，输出电流可达到20 mA电流。 在两个与TTLCMOS信号输入匹配的地址引脚A1，A0上输入合适的代码信号，能够实现输出波形变换的控制，具体输入代码和输出波形的对应关系如表2所示。A0A1波形X1正弦波00矩形波A0A1波形10三角波表2 地址A0和A1引脚端工作状态的设置与波形选择输出频率反
