毕业设计（论文）开题报告

题目     函数信号发生器

专 业 名 称           电子信息工程

 

班 级 学 号           118501106

 

学 生 姓 名           蔡伟攀

 

指 导 教 师           邓洪峰

填 表 日 期    2015   年 3  月  25  日

说    明

开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。

一、选题的依据及意义

1.选题依据

信号发生器（signal generator）又称信号源或振荡器，是输出供给量，产生频率、幅度、波形等主要参数都可调的信号，用于测量的信号发生器指的是能够产生不同频率、不同幅度的规则或不规则的信号源，在电子系统的测量、实验、校准和维护中的得到广泛的应用。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波甚至任意波形，各种波形曲线均可用三角函数方程式表示。如在制作和调试音频功率放大器时，就需要人为的输入一个标准音频信号，才能测量功率放大器的输出，得到功率放大器的相关参数，此时要用到的这个标准音频信号就是由信号发生器提供的，可见信号发生器的应用很广。信号发生器其作用是：测量网络的幅频特性、相频特性；测量网络的瞬态响应；测量接收机；测量元件参数等。

信号源可以分为通用和专用两种，通用信号源包括:正弦信号源、脉冲信号源、函数信号源、高频信号源、噪声信号源；专用信号源包括：电视信号源、编码脉冲信号源。信号发生器根据输出波形可以分为：正弦信号发生器、函数信号发生器、脉冲信号发生器和噪声信号发生器。

（1)正弦信号发生器

主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按照其不同性能和用途还可以分为低频（20Hz~10MHz）信号发生器、高频（100kHz~300MHz）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控发生信号发生器、频率合成式信号发生器等。

（2）函数（波形）信号发生器

能产生特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可以从几微赫兹到几十兆赫兹。除供通信、仪表和自动控制系统测试外，还广泛用于其他非电测量领域。

（3）脉冲信号发生器

能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。

（4）随机信号发生器

通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两种。噪声信号发生器的主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计行误差，可用伪随机信号来解决。

信号发生器按照用途分可以分为专用信号发生器和通用信号发生器等；按照性能有普通信号发生器和标准信号发生器；按照调制类型可以分为调幅信号发生器、调频信号发生器、调相信号发生器、脉冲调制信号发生器及组合调制发生器等；按照频率调节方式可以分为扫频信号发生器、程控信号发生器等。

传统的波形发生器大多是采用分立元件组成的，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特点，特别是对于低频信号而言，这些问题更是突出。而用单片机构成的函数信号发生器可以克服这些问题，还能产生正弦波、三角波、方波等波形，而且波形的幅度和频率都是可以改变的。

2.选题意义

函数发生器是电子电路等各种实验中必不可少的实验设备之一，设计函数发生器是一个很好的选题，因此我们要熟悉的掌握它的工作原理。本课题是研究设计一个基于51单片机的函数信号发生器，和其他方案的设计比起来成本较低而且精度较高，最重要的是开发起来简单易于调试，相对来说具有一定程度的社会和经济价值。在如今的社会，电子科技发展猛速，社会依靠电子科技有了本质的改变，人们的价值观和需求也在改变，因此基于单片机的函数信号发生器会越来越进入我们的使用范围。

二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）

以前，信号发生器全部属于模拟方式，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件，如电容器或谐振腔来完成，往往调节范围受到限制，因而划分为音频、高频、超高频、射频和微波等信号发生器。随着无线电应用领域的扩展，针对广播、电视、雷达、通信的专用信号发生器亦获得发展，表现在载波调制方式的多样化，从调幅、调频、调相到脉冲调制。

后来，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准由数字合成电路产生可变频率信号。调制方式更加复杂，出现同相/正交调制至宽频数字调制。数字合成技术使信号发生器变为非常轻便、覆盖频率范围宽、输出动态范围大、容易编程、适用性强和使用方便的激励源。过去测量1GHz以上的射频和微波元部件需要几个信号要手动操作，现在一台高档信号发生器可提供1MHz至65GHz的带宽，而且全部程控操作，从实验室的台式，生产车间的便携式至现场的手持式应用都有大量信号发生器可供选择。特别是微处理器的出现，更促使了信号发生器向着智能化、自动化方向发展。

现在，许多信号发生器除带有微处理器，因而具备了自校、自验、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外，还带有IEEE-488或RS232总线，可以和控制计算机及其他测量仪器仪器方便地构成自动测试系统。目前比较让大家熟悉的发生器有这么一些，如正弦信号发生器、低频和高频信号发生器、微波信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器等等。

正弦信号发生器：正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发生器（输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下）和功率信号发生器（输出功率达数十毫瓦以上）；按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

低频信号发生器：包括音频（200～20000赫）和视频（1赫～10兆赫）范围的正弦波发生器。主振级一般用RC式振荡器，也可用差频振荡器。为便于测试系统的频率特性，要求输出幅频特性平和波形失真小。

高频信号发生器：频率为100千赫～30兆赫的高频、30～300兆赫的甚高频信号发生器。一般采用 LC调谐式振荡器，频率可由调谐电容器的度盘刻度读出。主要用途是测量各种接收机的技术指标。输出信号可用内部或外加的低频正弦信号调幅或调频，使输出载频电压能够衰减到1微伏以下。

微波信号发生器：从分米波直到毫米波波段的信号发生器。信号通常由带分布参数谐振腔的超高频三极管和反射速调管产生，但有逐渐被微波晶体管、场效应管和耿氏二极管等固体器件取代的趋势。仪器一般靠机械调谐腔体来改变频率，每台可覆盖一个倍频程左右，由腔体耦合出的信号功率一般可达10毫瓦以上。简易信号源只要求能加1000赫方波调幅，而标准信号发生器则能将输出基准电平调节到1毫瓦，再从后随衰减器读出信号电平的分贝毫瓦值；还必须有内部或外加矩形脉冲调幅，以便测试雷达等接收机。

锁相信号发生器是由调谐振荡器通过锁相的方法获得输出信号的信号源。这类信号发生器频率的精度和稳定度很高，但要实现快速和数控比较困难，同时输出信号的频率分辨率较差。实现高分辨率的信号发生器，采用锁相环来实现有一定的难度，尤其是覆盖低频和高频的信号发生器采用锁相实现比较困难。

合成信号发生器是采用频率合成方法构成的信号发生器。合成信号发生器中使用一个晶体参考频率源，所需的各种频率都由它经过分频、混频和倍频后得到的，因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样，现在绝大多数频率合成技术都使用这种合成方法。这类信号发生器具有频率稳定度高、分辨率高、输出信号频率范围宽、频率易于实现程序控制、可以实现多种波形输出及频率显示方便等优点。

当前信号发生器总的趋势是向着宽频率、高频率精多功多用自动化和智能化方向发展。

我国已经开始研制函数信号波形发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说我国的函数信号波形发生器还没有形成真正的产业。就目前国内的成熟产品来看，多为一些PC仪器插卡，独立的仪器和VXI系统的模块很少，并且我国目前在函数信号波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。

三、研究内容及实验方案

1.研究内容：

（1）系统的硬件设计：利用51单片机作为控制电路和DAC0832芯片进行数模转换构成函数信号发生器。使得电路能产生正弦波、三角波、方波、锯齿波和梯形波。同时对幅度和频率进行相应的控制。

（2）系统的软件设计：在本次设计中要用到Altium Designer软件进行PCB制图，然后编写程序要在Keil C51环境中编译，再把程序导入STC89C51芯片中，最后利用示波器观察所要得到的波形结果。

2.实验方案：

函数信号发生器系统主要由硬件系统和软件系统两部分组成。这次设计的函数信号发生器由单片机（STC89C51）作为主控制电路，和DAC0832芯片进行数模转换构成函数信号发生器。另外由复位电路、稳压电源控制电路、整流部分、波形放大电路、按键控制部分、LCD液晶显示电路等构成，系统框图如下图所示：

系统组成框图

波形由所编程序控制产生，由单片机为核心控制电路，向D/A的输入端按照一定的规律传送数据，将数字信号转变成模拟信号，再由DAC0832的输出端输出信号，输出的信号经过波形转换电路运算放大器LM324得到不同的波形。通过程序和按键控制部分来选择波形的类型、调制波形的幅度和频率。最后在LCD1602上显示波形的类型及数值。

四、研究目标、主要特色及工作进度

1.研究目标：

（1）设计函数发生器，利用51单片机作为控制电路，使该函数发生器能产生正弦波、三角波、方波、锯齿波、梯形波。

（2）使用同一按键选择五个波形，依次输出。要求幅度范围控制在0~5V,正弦波的频率范围控制在10~50Hz，步进值为10Hz；三角波的频率范围控制 在50~250Hz，步进值为50Hz；方波的频率范围控制在200~1000Hz，步进值为200Hz；锯齿波的频率范围控制在100~500Hz,步进值为100Hz；梯形波的频率范围控制在50~250Hz,步进值为50。

（3）输出波形的同时实物上的LCD第一行显示内容为：

  输出正弦波时显示：Sine Wave；

  输出三角波时显示：Triangle Wave；

  输出方波时显示：Square Wave；

  输出锯齿波时显示：Sawtooth  Wave；

  输出梯形波时显示：Trapezoidal Wave；

  第二行显示内容为：Frequency: *** Hz 。

2.主要特色：

设计的信号发生器功能比较齐全能输出几种波形、性能高、波形精度高失真小、电路结构框图较简单，容易调试和操作，使用程序控制单片机使得修改起来方便。

3.工作进度：

1.完成外文资料翻译                                第1周——第2周

2.上网查询相关资料，完成开题报告，确定设计方案    第3周——第4周

3.完成软硬件设计                                  第5周——第6周

4.进行软硬件调试                                  第7周——第9周

5.毕业设计论文初稿                                第10周——第13周

6.修改和完善毕业论文                              第14周——第15周

7.提交毕业论文准备论文答辩                        第16周——第17周

五、参考文献

[1] 江志红. 51单片机技术与应用系统开发案例精选[M].北京:清华大学出版社.2008.12 .

[2] 臧春华,邵杰,魏小龙. 综合电子系统设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出社.2009.11.

[3] 王松武,于鑫,武思军. 电子创新设计与实践[M].北京:国防工业出版社.2005.1.

[4] 宁武,唐晓宇,闫晓金. 全国大学生电子设计竞赛基本技能指导[M].北京:电子工业出社.2009.5.

[5] 马玉丽,康丽娟.函数信号发生器制作方法的比较与分析［J］.青岛远洋船员学院学 报.2007,28( 2) :34～37.

[6] 张少辉. 基于DDS技术构建信号发生器［J］.中国科技信息.2007,(1) :94～96.

[7] Qiu Hui taught you how to learn 51 SCM Beijing: Electronic Industry Press             [M] .2009.1.

[8] Zhaoquan Li, Xiao Xingda Principles and Applications Guide (second edition) [M] Beijing: Mechanical Industry Press .2010.1.

 

第二篇：信号发生器开题报告

河南科技大学毕业设计（论文）开题报告

（学生填表）

学院： 机电工程学院                                           年 月 日