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1、烟台汽车工程职业学院 学生毕业论文开题报告论文题目： 函数信号发生器设计 学生姓名： 谭欣 入学时间： 20090908 专 业： 生产过程自动化 班 级： 自动化一班 研究方向： 所属系别： 指导教师： 职 称： 开题时间： 报告时间： 年 月 日一、立论依据1、课题来源、选题依据和立论背景函数发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学实验等领域。早在20年代电子设备刚出现时它就产生了，但由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，电路比较简单，但功耗比较大，因此发展速度比较慢。知道60年代，信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，有分
2、立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，切仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单的波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，数字化技术在电子测量仪器中的广泛应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸
3、多缺点。2、课题研究目的、理论意义和实际应用价值在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动实验、动态分析、材料实验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器，而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号，譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路，信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用，但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产
4、，都使我们研制一种低功耗、宽屏带，能产生多种波形并且有程控等低频的信号发生器成为可能。便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也就明显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的输入，测试系统的性能，但在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机的强大功能，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形。该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生系统要有一个全面的解、对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流程：波形的设定，D/A装换，单
5、片机（51单片机，显示电路，键盘控制），显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练连接调试，能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。二、文献综述1、国内外研究现状、发展动态 由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其它电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。 美国国家仪器公司于八十年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期。从一般传统
6、仪器的设计模型看，一种仪器无非是由数据采集、分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块组成的整体。因此，我们可以设想在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件设计实现仪器的全部功能，这就是虚拟仪器设计的核心。以前广泛使用的函数发生器芯片是ICL8038，它的主要性能指标是最高振荡频率只有100KHZ，而且三种输出波形从不同的引脚输出，使用很不方便。MAX038是ICL8038的升级产品，它的最高振荡频率可达40MHZ，而且该芯片内采用多路选择器使三种输出波形从同一个引脚输出，输出波形的切换时间可在0.3us内完成，使用更加方便。随着计算机技术和测量技术的不断发展，两者的结合日益紧密，计算机
7、控制PC机的虚拟仪器将得到更广泛的应用。其成本低，升级容易，通过改变软件设置可以实现仪器功能的变换等.。波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一，目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用555振荡电路发生正弦波，三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机，但是这种电路存在波形质量差，控制差，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械
8、振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上游困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能又增加，则电路复杂程度会大大增加。波形发生器的发展状况。波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度，高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器，函数波形发生器具有连续的相应变换和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可以频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励，通讯和仪器
9、仪表领域。在70年代前，信号发生器主要有俩类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波，上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和几点结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在看尺寸大、价格贵、功耗大等特点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂，同时，主要表现为俩个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D和D/A，硬件和软件是波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形，这
10、时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它有HP8770A任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成，HP8770A实际上也只能产生8种波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片，同时也推出了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent
11、的产品33220A能够产生17种波形，最高频率可达到20M，2005年的产品。N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储qui。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以有几个比较简单的公式复合成v=f（t）形式的波形方程的数
12、学表达式。2、所阅文献的查阅范围及手段；参考资料1何立民 MCS-51 系列单片机应用系统设计 北京：北京航空航天大学出版社，19902穆兰 单片微型计算机原理及接口技术 北京：机械工业出版社 19953张毅刚 MCS-51 单片机应用设计 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19904蒋智勇 单片微型计算机原理及接口技术 沈阳：辽宁科学技术出版社，19925韩全立 王建明 单片机控制技术及应用 北京：电子工业工业出版社 20046徐仁贵 微型计算机接口技术及应用 北京：机械工业出版社 19957房小翠 王金凤 单片机使用系统设计 北京：国防工业出版社，19998张毅坤，陈善久，裘雪红，单片微型计算
13、机原理及应用，西安：西安电子科技大学出版社，19989任为民 电子技术基础课程设计 北京：中央广播电视大学出版社，199710弘道工作室 融会贯通Protel99电路设计 北京：人民交通出版社 199811李萍 AT89851单片机原理、开发与应用实例 中国电力出版社 200812李荣正等 PIC单片机原理及应用（第三版） 北京航空航天大学出版13林申茂 8051单片机彻底研究实验篇 中国电力出版社 200714李建忠 单片机原理及应用 西安电子科技大学出版社 200815徐阳 钟宝荣 基于单片机的低频信号发生器设计 长江大学学报 200816朱清慧 Protenus 电子技术虚拟实验室 中国
14、水利水电出版社 201017楼然苗 胡佳文 李光飞 单片机实验与课程设计 浙江大学出版社18袁涛 单片机C高级语言程序设计及其应用 北京航空航天大学出版社 200119求实科技 单片机典型模块设计实例导航M 北京航空航天大学出版社 200020周润景 张丽娜 刘映群 PROTEUS入门实用教程 机械工业出版社 2007三、研究内容1主要研究内容及拟解决的关键技术 本系统作为一套可独立应用的电子测量仪器系统，要求实现普通函数发生器的各项功能，并进一步做到功能智能化，操作简便化，从功能的实现考虑，主要需要解决的问题有：1） 虚拟部分设计，在计算机上完成操作界面及各项控制功能。2） 硬件的开发设计，实现函数信号发生器硬件模块的功能。3） 对信号波形、频率、占空比等功能的调整。4） 实现虚拟部分和硬件部分的通讯，虚拟部分可对硬件部分进行操作。2论文的创新点 四、工作计划序号阶段内容工作量估计（学时数）起止日期阶段成果形式研究完整的函数信号发生器的设计初步确定设计方案，完成开题报告和文献综述初步完成对函数发生器部分的设计查阅相关资料完成电源电路的设计制作PCB板完成对电路整体的焊接对实物进行调试，写毕业论文烟台汽车工程职业学院学生毕业论文开题报告评分表评审项目评 分 标 准得分
