长春理工大学第八届电子设计大赛 之 信号发生器

电赛信号发生器题技术报告

参赛学生：马铭阳 杨永涛 李若兰

指导教师：王义君

目录

1.摘要

2.方案分析

2.1稳压源方案

2.2信号产生方案

3.原理分析

3.1稳压电源

3.2方波产生

3.3方波-三角波

3.4三角波-正弦波

3.5键盘输入

3.6 LCD显示

4.电路仿真

4.1稳压源的仿真

4.2积分器的仿真

4.3差分放大电路仿真

 

 

 

1.摘要

本设计通过AVR单片机CTC模式输出一个方波，再通过积分电路产生三角波，最后通过差分放大器转换为正弦波。另外从51单片机读取按键传送到AVR，根据按键次数得出频率，进而更改输出方波的频率。在通过LCD显示出来。

关键词：CTC，积分，差分放大，按键，显示

2.方案分析

2.1稳压源方案

 

设计思路：

（1）电网供电电压交流220V 50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。

（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大。

（3）将脉动大的直流电压经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。

（4）滤波后的直流电压，再通过稳压芯片稳压，便可得到基本稳定的直流电压输出，供给负载。

2.2信号产生方案

由单片机和积分器组成方波-三角波产生电路，CTC模式下输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的转换由差分放大器来完成。差分放大的方法与其他方法相比工作稳定，输入阻抗高，抗干扰能力强的优点，主要原理是利用差分放大传输特性曲线的非线性。

 

3.原理分析

3.1稳压电源

（1）电源变压器：是降压变压器，它将220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路。

（2）整流电路：用整流电桥，把50Hz的正弦交流电变换成直流电压。

（3）滤波电路：用电容将输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：此次设计稳压电路由稳压芯片构成，12V用7812芯片，-12V用7912芯片，+5V用2575芯片，317芯片用于输出可变的电压。

3.2方波产生

选用AVR 的CTC工作模式使单片机引脚输出高电平，用定时器1控制延时时间，根据输入的频率时时更改。

3.3方波-三角波

由于频率范围在100HZ到500KHZ，我们将其分为低频和高频，低频可以通过低通滤波电路，高频可以通过高通滤波电路。其中滤波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。有源滤波器能 够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者 阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。有源低通滤波电路能够通过低频信号，抑制或衰减高频信号。

有源低通滤波电路性能参数：

增益计算公式：

截至频率计算公式：

其通带电压放大倍数即为同相比例放大电路的放大倍数：， 其中为截至角频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

经计算R2 R3选都为200k，C1选0.01uf，C4选0.1uf，其他电阻选200k，100k，10k。电容选0.01uf。

 

3.4三角波-正弦波

用差分放大电气可以将三角波转换为方波，我们根据差分对管的极性和特性二设计的电路，应为差分放大器具有工作点稳定、输入阻抗高、抗干扰能力强等优点。特别是做直流放大器是可以有效的控制零点漂移，因此可以将频率最低的三角波变化成正弦波。其中调节三角波的幅度，滤波电容，滤除谐波分量，改善输出波形。

 

 

 

3.5键盘输入

此次设计键盘输入用51单片机提供

 

3.6 LCD显示

当AVR中断INT1触发式记次数，INT0触发时将次数换算为

频率，送入到LCD显示。

输入按键的换算公式f_OCn=i*100Hz（1000Hz）（10000Hz）

其中f_OCn为所需输出频率

i为按键次数

当频率为100Hz~40KHz每按下一次计100Hz

41KHz~100KHz每按下一次计1000Hz

110KHz~500KHz每按下一次计10000Hz

当频率过高时步长太短导致现象不明显。

AVR换算公式为：f_OCn=f_(clk__ I/O)/(2*N*(1+OCRn) )

其中f_(clk__ I/O)为晶振频率16MHz

N为预分配,恒为1

f_OCn为所需输出频率

4.电路仿真

4.1稳压源的仿真

 

经过变压器后：

输出电压：

4.2积分器的仿真

电路：

仿真结果：

4.3差分放大电路仿真

电路：

仿真结果：

 

附：技术要求

基本要求

（1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形。

（2）输出信号频率在 100Hz～500kHz 范围内可调, 输出信号频率稳定度优于 10-3。可键盘输入频率。

（3）在 1k负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值 Vo 在 0～5V 范围内可调。可键盘输入电压。

（4）输出信号波形无明显失真。

（5）自制稳压电源、键盘、显示等。