函数信号发生器—电子竞赛设计报告

《函数信号发生器》

设计报告

队名：创新一号

成员：徐伟、章小龙、喻荟如

专业：电信、通信

年级：2009级

指导老师：陈松

时间：2010年11月15日—29日

摘要本系统能够产生正弦波、方波、三角波。同时还可以显示频率。函数信号的产生由ICL8038和外围电路完成，能产生1Hz—500KHz的波形。波形选择由外围选择开关完成。产生的信号经LF353放大后输出，并可进行幅度的调节，调节范围为0-20V。最后信号，经74LS14施密特触发器和74LS390分频器后送到F020单片机进行测频显示。

关键词：波形产生器、频率显示、ICL8038、74LS14、LF353,F020。

前言

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。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。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。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。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：

（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。

（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发

生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，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。

（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器

ICMAX038，它克服了（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生

器IC。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，MAX038都是优选的器件。

（4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。

综合分析以上四种实现方法的性价比，我们决定采用单片集成芯片ICL8038来设计函数发生器。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。

整体设计思路

本函数信号发生器是主要是由ICL8038芯片产生我们希望输出的正弦波、方波、三角波。它是本制作的核心，当然随带的频率计用于显示输出频率，它是由F020控制的，由于用单片机所能测的频率范围有限，直接所计数的频率最大只能达到10KHz，为了能够测得更高的频率，所以加上分频器进行分频后再加到F020的外部中断入口。考虑到小信号时，所以必须加放大，然后整形才能达到分频器的输入要求。至于显示部分就用12864液晶。整体原理框架图如下：

整体设计图

一．硬件电路

1．信号发生部分。

ICL8038是单片集成函数信号发生器，其内部框图如图14－1所示。它由恒

流源I

1和I

2

、电压比较器A和B、触发器、缓冲器和三角波变正弦波电路等组成。

图14－1 ICL8038原理框图

外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B 的阈值分别为电

源电压（指U

CC ＋U

EE

）的2/3和1/3。恒流源I

1

和I

2

的大小可通过外接电阻调节，

但必须I

2＞I

1

。当触发器的输出为低电平时，恒流源I

2

断开，恒流源I

1

给 C充

电，它的两端电压u

C 随时间线性上升，当u

C

达到电源电压的2/3时，电压比

较器A的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I

2

接

通，由于I

2＞I

1

（设I

2

＝2I

1

），恒流源I

2

将电流2I

1

加到C上反充电，相当于C

由一个净电流I放电，C 两端的电压u

C

又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器B的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为

原来的低电平，恒流源I

2断开，I

1

再给 C充电，…如此周而复始，产生振荡。

若调整电路，使I

2＝2I

1

，则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚⑨输出方

波信号。C上的电压u

C

，上升与下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚③输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚②输出。

8038管脚图

LF353管脚图

双运放LF353引脚如图14-5所示。LF353增益带宽积为4MHz，高频段信

可调，范围为：号放大倍数可较大，实验设计要求输出电压峰—峰值U

OP-P

0V≤U OP-P≤20V，将电路放大倍数调节到10倍左右并可调即可。所以电路加反相运算放大电路。本实验用LF353运算放大器外接线性反馈网络构成基本运算电路。放大器的闭环电压放大倍数为Auf=-10,输入电阻为10k，用100K电位器实现放大倍数可调。

实验电路如图14－6所示：