《电子系统设计课程设计》报告--波形发生器

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1、 电子系统设计课程设计 项目设计书 项目名称 波形发生器 小组成员 1 * 小组成员 2 * 专 业 电子信息科学与技术 任课教师 * 成都理工大学信科院电子系 2013 年 6 月 项目名称项目名称及其及其应用背景应用背景 在波形发生器是一种广泛运用于电子电路、自动控制和科学 实验等领域的信号源， 很多现代电子设备和系统的功能和性能直接依 赖于信号源的性能， 所以高品质的波形发生器渐渐的显现出了它的重 要地位，传统的波形发生器一般只产生正弦波、方波、三角波等，但 随着科技的发展，对各种各样的波形都产生了需求， 在特定的场合还 会需要有任意波形的产生。而波形的产生方法也在不断进步中，由以 前的

2、分离元件搭建振荡电路， 到集成器件， 再到频率合成技术的出现， 产生的波形品质在不断的提高，频率范围、稳定度，分辨率等都有巨 大的提升。 项目设计需求项目设计需求 设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、 三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如图三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如图1.3.5所示。所示。 图1.3.5 波形发生器方框图 设计方案设计方案 技术方案分析技术方案分析 波形的产生方案：波形的产生方案： 方案一方案一： 用分离元件构成 RC 振荡器，然后再经波形变换输出正弦波、 三角波和方波 ，该方案的

3、缺点是 ：要做的输出频率可调且步进 100、 输出频率范围 100200k，需要十位的数字电位器，在进行三种 波形的线性组合时要用三组器件分别产生三种波形再用摸拟方式进 行叠加，结构复杂调试难度较大。 方案二方案二： 采用集成波形发生器芯片， 该方案的好处是频率可以做很高， 范围也可以很宽， 比如 MAX038,频率范围为 0.1Hz-20MHz,且能很方便 的进行调幅，波形的稳定度较高，能产生正弦波、三角波、锯齿波和 方波，但缺点是只有一个输出端口，不能进行各种波形的线性组合。 方案三方案三：采用微处理器（如 MSP430）的 PWM 输出，再进行低通滤波 生成波形，由于是数字方式，可以很方

4、便的产生任意波形，且不用外 接DA,但由于微处理器能提供的时钟频率经该方案生成的波形频率范 围不大，且需要一直占用微处理器的逻辑算数单元，便不能再对键盘 和显示器件等进行控制了，所以对于该项目的指标很难达到。 方案四：方案四：采用直接数字合成技术（DDS）,该方法能方便的合成任意波 形的信号 ， 且频率范围宽 ，分辨率高 ， 如 AD9850 能产 0.0291Hz-50MHz 的信号，分辨率高达 0.0291Hz，但一般芯片只产生正弦波，且性能 富余太多。 方案五方案五： 采用微处理器 （如 MSP430） 加 DA 模拟 DDS 的原理产生波形， 由于是数字方式，可以很方便的产生任意波形，

5、但需要一直占用微处 理器的逻辑算数单元，便不方便再对键盘和显示器件等进行控制了， 但可以采用一个微处理器产生波形，一个微处理器控制。 综合几种方案的优缺点，我们选择了第五种方案，经分析，认为只要 时序把握的好就可以实现一个微处理器既产生波形又控制。 系统设计框图及原理阐述系统设计框图及原理阐述 1.1. 系统功能框图系统功能框图 2.2. 系统电路图系统电路图 按键 显示部 控制器 DA转换功率放大 输出 滤波部分 DA控制幅值 波形输出电路：430 预先储存好波形数据，然后通过内部计时器触发波形数 据输出到 DA 转换器，转换成模拟波形。以下是电路图: 幅值调整电路分析幅值调整电路分析：幅值

6、控制也是以 DA 来实现键控，检测按键调整 430 输 出的数据，实现输出电压变化，以作为波形电路 DA 的参考电压。以下是电 路： 控制部分：控制部分：采用 MSP430F149 最小系统以下是电路： 滤波部分滤波部分：由于 DA 的量化误差和转换台阶的存在，输出波形不平滑，其中 转换台阶误差主要是高频信号，所以需要采用低通滤波器将高频分量滤掉。 二阶低通有源滤波器就能达到效果。以下是电路： 按键部分按键部分：采用五个独立按键，可以控制输出波形选择，模式转换，频率调 节，幅值调节；想要按键工作稳定需要加上拉电阻，还要消抖，消抖可以软 件实现，也可以再按键两端并联一个电容硬件实现。以下是电路： 显示部分显示部分：采用液晶 1602 显示输出波形、幅值、频率，也方便键控调整。 功率放大部分：功率放大部分：由于输出为滤波器运放输出端，输出电阻很小，但是输出电 路也很小，驱动能力不强，想要增加驱动能力，需要增加驱动电路来放大电 流信号。电路图如下： 稳幅部分：稳幅部分：由于电路存在各种噪声和影响，会导致