低频信号发生器设计开题报告.pdf

1研究的目的及其意义

随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信
号发生器种类增多，性能提高。尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着
自动化、智能化方向发展。现在，信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动
故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成
自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率、精度、多功
能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教
学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发
生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的
基本测试信号。譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧
光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。信号发生器作为一种通用的电子仪器，
在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。但市面上能看到的仪器在频率精
度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半
导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控
等低频的信号发生器成为可能。
便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也
就明显得尤为重要。平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的
输入，测试系统的性能。单在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模
拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。利用单片机，设计合适的人机交互界面，使用
户能够通过手动的设定，设置所需波形。该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生
系统要有一个全面的了解、对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流
程：波形的设定，D/A转换，显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练联接调试，能够正
确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻
炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。

2国内外研究现状

在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之
间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形
时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，
而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信
号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来
实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。在70
年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和D/A，硬件和软件使波形发生器的功能
扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC
的程序控制，就可以得到各种简单的波形。90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函
数发生器、但是HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它由HP8770A任意
波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。HP8770A实际上也只能产生8种波形，而且价
格昂贵。不久以后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公
司生产的型号为9100的任意波形发生器等。
二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯
片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17
种波形，最高频率可达到20M，2005年的产品N6030A能够产生高达500MHz.

3主要内容要求和目标

3.1内容：

根据设计目标通过调研、查阅相关资料确定以单片机和D/A转换器为核心的低频信号发
生器方案。主要包括：
1）电源电路设计；
2）键盘电路设计；
3）D/A数模转换电路设计；
4）信号放大及低通滤波电路设计；
5）显示电路设计；
5）应用软件（主程序及用于改变频率和信号类型的中断服务程序）设计等。
3.2要求：
1）系统能产生3种以上的信号；
2）信号频率在一定范围内可调且应具有较高的精度；
3）能显示信号波形的类型和频率；
4）原理电路图应采用工程设计工具软件绘制；
5)详细的软件系统框架、流程及源代码。
3.3目标：

设计出一款以单片机和D/A数模转换电路为核心的低频信号发生器。信号类型不低于3
种。系统能显示信号类型及频率。通过该设计及安装调试，达到掌握小型电子系统设计方法
和常用设计软件、调试仪器使用的目的。

2

4设计方案
4.1设计模块

本次设计所研究