多用信号发生器设计

多用信号发生器设计

信号发生器在动态测试领域有重要的作用。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。函数信号发生器是是由基础的非正弦信号发生电路和正弦波形发生电路组合而成。本设计应用晶体管、运放IC等通用器件制作了简单易行的一套信号发生器电路，可以正确输出三角波、方波和正弦波等波形。设计中在原有方波，三角波和正弦波的电路基础上增加一级放大器，以实现输出电压的可调和，输出阻抗为50Ω。试验结果显示，通过调试可以正确显示所需要的波形，并利用仿真软件Maltose画出电路图，做出PCB布线图。结果显示，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，二者又互相影响。

最后简单介绍了以ICMAX038集成芯片为核心采用MCU微处理器控制程控继电器和数字电位器设计的多功能信号发生器。该发生器能够输出方波、正弦波和三角波并能实现频段选择和频段内频率微调，同时还可以作为频率计测频率。函数信号的产生由MAX038和外围电路完成，能产生1Hz-20MHz的波形。波形选择由单片机完成，输出或输入频率经74HC390分频后，由单片机完成自动频率检测显示。该信号发生器克服了上述信号发生器的不足。

第1章绪论

1.1课题背景

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。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。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

1.1.1多用信号发生器在现代科技中的运用

现代科技的进步以计算机的进步为代表，不断创新的计算机技术，正以不可逆转之势从各个层面上影响着各行各业的技术进步，今天的测控仪器行业同样经历着一场翻天覆地的变革。

一方面，计算机技术的进步为新型的信号发生器仪器产生提供了现实基础，主要表现在：

1.微处理器和DSP（digital signal processing）技术的快速进步以及其性能价格比不断上升大大改变了传统电子行业的设计思想和观念，原来许多由硬件完成的功能今天能够依靠软件实现。

2.面向对象技术、可视化程序开发语言在软件领域为更多易于使用、功能强大的软件开发提供了可能性。

另一方面，传统的测控仪器越来越满足不了科技进步的要求，主要表现在：

1.现代测控要求仪器不仅仅能单独测量到某个量，而更希望它们之间能够互相通信，实现信息共享，从而完成对被测各系统的综合分析、评估,得出准确判断。传统仪器在这方面显然存在严重不足，甚至根本不可能实现。

2.对于复杂的被测系统，面对各个厂家的不同测试设备，使用者需要的知识很多。这样的仪器不仅使用频率和利用率低，而且硬件存在冗余。鉴于上述原因，基于计算机的测试仪器逐渐变得现实，其出现和广泛使用对测控仪器产生较为深远影响。对于复杂的被测系统，面对各个厂家的不同测试设备，使用者需要的知识很多。这样的仪器不仅使用频率和利用率低，而且硬件存在冗余。

鉴于上述原因，基于计算机的测试仪器逐渐变得现实，其出现和广泛使用对测控仪器产生较为深刻的影响。作为传统仪器的革新产品，虚拟仪器的作用在今天已日渐普及。

多用信号发生是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。与传统仪器一样，它同样可以划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能块。虚拟仪器以透明方式把计算机资源和仪器硬件的测控能力相结合,实现仪器的功能运作。

仪器的内部功能划分应用程序将可选硬件（如GPIB、VXI、RS2232 、DAQ）和重复使用源码库函数的软件结合起来实现模块间的通信、定时与触发,源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户自己来增减硬软件模块，或重新配置现有系统以满足现有系统的测试要求。所以，虚拟仪器是由用户自己定义、自由组合的计算机平台、硬件、软件以及完成系统功能所需附件，而这在由供应商定义、功能固定、独立的传统仪器上是达不到的。

电子测量仪器经历了由模拟仪器、带GPIB接口的智能化仪器到全部可编程虚拟仪器的发展历程，其中每次飞跃都是以计算机技术的进步为动力。由于计算机技术特别是计算机总线标准的发展直接导致了虚拟仪器在PXI 和VXI 两个领域中得到了快速发展，它们成为未来仪器行业的两大主流产品。给定计算机运算能力和必要的仪器硬件之后，构造和使用虚拟仪器的关键在于应用软件。基于软件在虚拟仪器中的作用，美商国家仪器公司（Na2tional Inst rumens，简称NI）提出了“软件即仪器”（The software is the inst rumens）的口号，而其Lab2VIEW也不能不被提及，它提供了虚拟仪器的图形编程环境，在这个软件环境中提供的一种像数据流一样的编程模式，用户只需连接各个逻辑框即可构成程序。它还以图形方式提供了大量的显示和分析程序库，利用软件平台可大大缩短虚拟仪器控制软件的开发时间，而且用户可以建立自己的措施方案。大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段，而这三个阶段又可以说是同步进行的。第一阶段：利用计算机增强传统仪器的功能。这一阶段虚拟仪器的发展几乎是直线前进。由于GPIB 总线标准的确立，计算机和外界通信成为可能，因而用户可以用计算机控制仪器，而随着计算机系统性能价格比的不断上升，用计算机控制测控仪器成为一种趋势。经过近十年的发展，这些用户得到了越来越多的关于计算机控制仪器的软件，并且这些软件易学易用。最新的软件包括写前仪器驱动库、数据分析函数库、图形接口函数库等。用户可以利用这些强有力的软件