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    函数信号发生器制作方法的

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    函数信号发生器制作方法的

    年 第 期 青 岛 远 洋 船 员 学 院 学 报文 章 编 号 一 一 一函 数 信 号 发 生 器 制 作 方 法 的比 较与 分 析马 玉 丽 ‘ 康 丽 女 扩青 岛 远 洋 船 员 学院 , 山 东 青岛 青 岛大 学 , 山 东 青 岛提 要 本 文 介 绍 函 数 信号发 生器 的 四 种 不 同 的 设 计 方 案 , 并 对 每 种 方 案 的利 弊进行 了 陈述 , 给 出 了 较 具 体 的 电 路 和芯 片 型 号 。 不 同 应 用 场 合 可 以 根 据 需 要来 选 择 合 适 的方 案 。关键 词 函 数 信号发 生 器 单 片 机 直 接 数字 式 频 率 合 成中 图 分类 号 文 献 标 识 码引 言函 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 。 在现 代 电子 学 的 各个领域 ,常 常 需 要 高 精度 且频 率 可 方 便 调 节 的 信 号 发 生器 。 频 率 越 高 、 产 生 波形种 类越多 的发 生器 性能越 好 , 但 器 件成 本 和 技术 要 求 也大大提 高 , 因 此 在满 足工 作 要 求 的 前 提 下 , 性价 比 高 的 发 生器是我们 的 首 选 。函 数信 号 发 生 器 的 实 现 方 法用 分 立 元件 组 成 的 函 数 发 生器传统 的 信 号 发 生 器 多应 用 此类方 法 。 但 是这种电 路存 在波 形 质 量差 , 控制 难 , 可 调 范 围 小 , 电路复 杂 和 体 积 大 等 缺 点 。 如 图 所示 是 传统 函 数信 号 发 生 器的两 种常 用的组 成 框 图 。 本文 以 正 弦式 函 数信 号 发 生 器 为 例来 讲 解 一 下 应 用 分 立 元 件组 成 的 传 统 信 号 发 生 器的 制 作 方 法 。 正弦 式 函 数信 号 发 生器工 作 过程是 正 弦 振 荡 器 输 出 正 弦 波 ,经 缓 冲 级隔 离 后 , 分为 两 路信 号 , 一 路 送 放 大器 输出 正弦波 , 另 一 路作 为 方 波形 成 器 的 触发 信 号 。方 波形成器 通 常 是 施密 特 触 发器 , 它 输 出两 路 信号 , 一 路 送 放大 器 , 经 放 大 后 输 出 方 波 另一 路作为 积 分 器的 输 人 信 号 。 积 分 器 将 方 波 变换为 三 角波 , 经放 大 后 输 出 。 三 种波 形 的 输 出 由 开 关 进行控制 。图 函 数信 号 发 生 器 的 基 本 组 成正 弦振 荡 器 大 多 都采 用 文氏 桥 式振荡 器 , 其特点 是 频 率 稳 定 , 易 于调 节 , 并 且 波 形失真小 和 易于 稳幅 。 文氏桥 振 荡 器的 典 型 电 路如 图 所 示 。图 文 氏电桥 振 荡 器一 般取 , , , , 其 振 荡 频 率决 定 于 式反 馈 网 络 的 谐 振频 率 , 表达 式 为、 揣通过 调 节 , 值 即可 调 节 输 出正 弦波的 频 率 。方 波 形 成 电 路 通 常是施密特触发 器 , 典 型 电路 如 图 所示 。 、 为从缓冲器输 出 的正弦 波 , 通收稿 日 期 一 一第 一 作 者简 介 马 玉 丽 , 女 , 助 教年 第 期 青岛 远 洋 船 员 学 院 学 报过 触发 器 使 正 弦波 转 变为 方 波 信 号 。 。图 施 密特 触 发器 图 积分器典 型 积 分 电 路如 图 所 示 , 、 为 施 密特触 发器 输 出 的 方 波 信 号 , 通 过 积 分 电 路 得 到二 一 俞 ‘ 。 如 果 输 人 电 是 一 恒 定 直、 的电 压 值 , 实 现 频 率 微调 和 占 空比调 节 。图 所 示电 路 是 以 为核 心器 件的 三种 输 出 波形 的 函 数 信 号 发 生器 设 计 实例 , 它的 输出 波形有 三 种 , 由 波 形 设 定端 。 , , 控制 ,其 编码 如 表 所 示 。 其中 表 示 任 意状 态 。 为高 电 平 , 为 低 电 平 的输 出 频 率 由、 端 电压 和 主 振 荡 器 的 外 接 电 容 器三 者 共同 确 定 。一雾十﹁ 占日日流电压 , 则有分 时间 成 正 比 。丽 二。 这时 , 输 出电压 与 积利 用 专门 的 函 数 发 生 器 集成 芯 片利 用 专 门 的 函 数 发 生器 集 成 芯 片能产 生 多种波形 , 达 到较 高 的 频 率 , 外 围电 路简单 且 易 于 调试 。 早 期 的 函 数 信 号 发 生 器 芯 片 , 如 、、 甩 等 , 它 们 的功能较 少 ,精度 不 高 , 频 率 上限 只 有 , 无 法 产 生 更 高 频率的 信 号 , 调 节 方 式 也不 够 灵 活 , 频 率 和 占 空 比 不能独 立 调 节 , 二 者 互相影 响 。 鉴 于 此 , 美 国马 克 西姆公 司 开 发 了 新 一 代 函 数 信 号 发 生 器 芯 片, 它克 服 了上 述 芯 片 的 缺点 , 可 以 达 到更高 的 技 术 指标 , 是上述 芯 片 望尘 莫 及的 。频 率高 、 精度 好 , 因 此 它被 称 为 高 频 精 密 函 数 信 号发 生 器芯 片 。 在锁 相 环 、 压 控 振 荡 器 、 频率合成器 、 脉宽 调 制 器 等 电 路 的 设 计 上 , 都 是 优选 的 器 件 。的 性能特 点能 精密 地 产 生 三 角 波 、 锯齿波 、 矩 形 波方 波 、 正 弦 波 信 号 。频率 范 围 从 一 , 最 高 可 达, 各 种 波 形 的输 出 幅度均为 一 。占 空 比调 节范 围 宽 , 占 空 比和 频 率 均 可 单独 调 节 , 二 者 互 不 影 响 , 占 空 比 最 大 调 节范 围 是一 。波 形 失 真 小 , 正弦 波失真 度 小 于 , 占空 比调 节时非线性 度低 于 。用 士 双 电 源 供 电 , 允许 有 变化 范围 , 电源 电流 为 , 典 型 功耗 , 工 作 温 度范 围 为 一 ℃ 。内设 电 压 基 准 , 可 利 用 该 电压 设 定如如 丁石 入‘‘ 特 」」一 」」」瞥瞥」」」一图 应用 电路。。 波 形形正 弦波波方波波三 角 波波表 波 形 编 码基 于 单 片机的 数 字 化 函 数信 号 发 生 器基 于 单 片机的数字 化 函 数信 号发 生 器 具 有线路 相 对简 单 , 结构紧 凑 , 价格 低廉 , 频 率 稳定度 高 ,抗 干 扰 能力 强 , 用 途 广 泛 等优点 , 并 且能 够对 波形进 行 细 微 调整 , 改 良 波形 , 使其 满 足系 统 的 要 求 。只 要 对 电 路 稍加 修 改 , 调整程 序 , 即可 完成功能 升级 。 单 片机 的 型 号 可 以 根 据 需 要 来具 体 选 择 , 具体 电 路 也 可 以 有 多种形式 , 本文 以 单 片机为例来进行 讲 解 。系 统 硬 件 接 口 电 路设计公 司的 一 系列 中的 单 片机应 用 已 很 成熟 , 与 以 其为 基 核的 其他 位机 都 有极 好 的 兼 容 性 , 应 用 十 分方便 。 但 是在本 例 中单 片机 的一 个 局 限 体 现 在中断 数 量太 少 。 该信 号发 生 器的硬 件 部 分 通过 单 片机 控 制 数模转 换 芯 年第 期 青 岛 远 洋 船 员 学 院 学 报片 输 出 不 同 的波形 , 再 经 过 波 形 整形 得 到 较为 完美 的 波 形 , 图 所 示 为 以 和 为核心 的 系 统 硬 件 电 路 。 由 于 是 电 流 输 出型 器 件 , 所 以 在 输 出 引 脚 和 犯 需 要 外接 运 放 把电流 转换为 电压 。图 单 片 机与 转 换 器接 口本 例中 的 函 数 信 号 发 生 器 的 主要 技 术 指 标 如下① 可 以 产 生正弦 波 、 方 波 和三 角波 三 种波 形 ,通 过 相 应 的按 键 进 行 波形 的 切换② 共 用 一 个 按键 实 现 一 个 三 级 变 频③ 辐 值 连 续 可调 一 , 由外 接参 考 电 压 决定④ 位 数 码 管 动 态显 示 辐 值 和 频 率系 统 软 件 设 计 方案 及 实 现系 统 的主 程 序 流程 框 图 如 图 所 示图 主程序流程 图初 始 化 程 序 中 包 括定义 波 形 标 志 位 、 频 率 标志位 和 显 示 标 志 位 并 赋初始 值 , 开 中 断 , 设置 定时器 等 。 主 程 序 主要 通过扫描波形标志位来判断产生 相应波 形 。 波形 标 志 位 是通过 个中 断 来 改变 。 频 率 改变 也 是通过中断来 改 变变频 标 志 位来完 成的 。基 于 单 片 机的 函 数 信 号发 生器 产 生 的种波形 完 全 能 够 满 足 实 验 中 的 使 用要 求 。 采 用的 高 性能 数模转换 芯 片 保 证 了 输 出 波形 的 精度 和稳 定 性 。 通过 软件实 现 可 以 输 出更 多 的基 本波 形如 梯 形波 、 三 角 波 、 反 向锯 齿 波 等 , 具 有 实 际 的 使用 价 值 。利 用 专 用 直 接 数字 合 成 芯 片 的 函数 发 生 器利 用 芯 片能产 生 任 意波 形 并 达 到 很 高 的频 率 。

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