電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--基于icl8038的函數(shù)發(fā)生器

1、<p>　　基于ICL8038的函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　摘 要：函數(shù)發(fā)生器根據(jù)用途不同，有產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，其電路中使用的器件可以是分離器件，也可以是集成器件，產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的方案也有多種。本設(shè)計(jì)是以ICL8038集成塊為核心器件，制作的一種函數(shù)發(fā)生器。ICL8038是一種具有多種波形輸出的精密震蕩集成電路，只需要少量的外部元件就能產(chǎn)生方波、正弦波和三角波。其輸出波形的

2、頻率和占空比可以由電流或電阻控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ICL8038，方波，三角波，正弦波。</p><p>　　Abstract：Function generator according to different purposes, a function generator to produce three or more kinds of waveforms, devices

3、 used in circuit can be a separation device, and can also be integrated device, generates a square wave, sine wave, triangle wave scheme also has a variety of. The design is based on ICL8038 chip as the core device, a fu

4、nction generator produced. ICL8038 is a precision oscillation integrated circuit with a variety of waveform output, only external components can b</p><p>　　Keywords：ICL8038,Square wave,Triangular wave,Sine w

5、ave.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p><b>　　2總體方案2</b></p><p>　　2.1方案比較2</p><p>　　2.1.1方案一2<

6、;/p><p>　　2.1.2方案二2</p><p>　　2.2方案選擇3</p><p>　　3單元模塊設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1ICL80384</p><p>　　3.1.1ICL8038 管腳功能4</p><p>　　3.1.2ICL8038的性能

7、特點(diǎn)5</p><p>　　3.1.3ICL8038內(nèi)部結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3.2控制電路6</p><p><b>　　4系統(tǒng)調(diào)試8</b></p><p>　　5系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)9</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)總結(jié)10</b><

8、/p><p><b>　　7謝辭11</b></p><p><b>　　8參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　9附錄13</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　信號發(fā)生器是科研

9、及工程實(shí)踐中重要的儀器之一，在電子工程、通信工程、自動控制、遙測控制、測量儀器、儀表和計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試過程中，用不同頻率的正弦波、三角波和方波常作為信號源，應(yīng)用十分方便。過去常由分立元件及集成運(yùn)放構(gòu)成振蕩器，分立元件體積大、相對耗能高、故障頻率也高。隨著集成電路的迅速發(fā)展，用集成電路可以很快、很方便的構(gòu)成各種信號波形發(fā)生器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號波形發(fā)生器與其它信號波形發(fā)生器相比，其波形質(zhì)量、幅度和頻率穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，都有

10、很大的提高。 </p><p>　　信號發(fā)生器根據(jù)用途不同,有產(chǎn)生三種或多種波形的發(fā)生器,其電路中使用的器件可以是分離器件,也可以是集成器件,產(chǎn)生方波,正弦波,三角波的方案有多種,如先產(chǎn)生正弦波,根據(jù)周期性的非正弦波與正弦波所呈的某種確定的函數(shù)關(guān)系,再通過整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為方波,經(jīng)過積分電路后將其變?yōu)槿遣?。也可以先產(chǎn)生三角波-方波,再將三角波或方波轉(zhuǎn)化為正弦波。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,新材料新器件

11、層出不窮,器件的可選擇性大幅增加,例如ICL8038就是一種技術(shù)上很成熟的可以產(chǎn)生正弦波,方波,三角波的主芯片。ICL8038精密函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，電源電壓范圍寬、穩(wěn)定度高、精度高、易于用等優(yōu)點(diǎn)，外部只需接入很少的元件即可工作，可同時產(chǎn)生方波、三角波和正弦波，其函數(shù)波形的頻率受內(nèi)部或外電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩等波形。</p><p><b>　　總體方

12、案</b></p><p>　　通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。</p><p><b>　　方案比較</b></p><p><b>　　方案一</b

13、></p><p>　　方案一的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖</p><p>　　方案一采用由集成運(yùn)算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放

14、大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　方案二的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 由8038構(gòu)成的函數(shù)發(fā)

15、生器電路組成框圖</p><p>　　方案二中，利用單片集成函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038、集成振蕩器、電位器等外圍電路靈活的組成，使通過電源來產(chǎn)生產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形電路。</p><p><b>　　方案選擇</b></p><p>　　經(jīng)過分析比較，由于方案一函數(shù)發(fā)生器所采用電路復(fù)雜，不易理解，更不容易掌握，所以本設(shè)計(jì)采用方案二利

16、用單片集成函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038、集成振蕩器、集成定時器等靈活的組成來產(chǎn)生產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形電路，具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高，系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。特別適合用于工控和電子實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)輸出緩沖電路獨(dú)立設(shè)置多路時，可同時多路輸出三種信號，比較容易滿足設(shè)計(jì)需要。</p><p><b>　　單元模塊設(shè)計(jì)

17、</b></p><p>　　本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。</p><p><b>　　ICL8038</b></p><p>　　ICL8038 管腳功能</p><

18、p>　　圖3.1 ICL8038管腳功能圖</p><p>　　腳1、12 （Sine Wave Adjust）：正弦波失真度調(diào)節(jié)；</p><p>　　腳2（Sine Wave Out）：正弦波輸出； </p><p>　　腳3（Triangle Out）：三角波輸出； <

19、/p><p>　　腳4、5（Duty Cycle Frequency）：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對稱調(diào)節(jié)；</p><p>　　腳6（V＋）：正電源±10V～±18V；</p><p>　　腳7（FM Bias）：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；</p><p>　　腳8(FM Swe

20、ep)：外部掃描頻率電壓輸入；</p><p>　　腳9（Square Wave Out）方波輸出，為開路結(jié)構(gòu)；</p><p>　　腳10（Timing Capacitor）：外接振蕩電容；</p><p>　　腳11（V－ or GND）：負(fù)電原或地；</p><p>　　腳13、14（N

21、C）：空腳。</p><p>　　ICL8038的性能特點(diǎn) </p><p>　?。?）具有在發(fā)生溫度變化時產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；</p><p>　?。?）正弦波輸出具有低于1％的失真度；</p><p>　?。?）三角波輸出具有0．1％高線性度；</p><p>　?。?）具有0．0

22、01Hz～1MHz的頻率輸出范圍；工作變化周期寬；</p><p>　　（5）2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出范圍；</p><p>　?。?）從TTL電平至28V；</p><p>　?。?）具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號輸出；</p><p>　?。?）易于使用，只需要很少的外部條件。</p><p>

23、;　　ICL8038內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，其內(nèi)部原理電路框圖如圖3.2。在圖3.2中，ICL8038由恒流源I1、I2，電壓比較器C1、C2和觸發(fā)器等組成。電壓比較器C1、C2的門限電壓分別為2VR/3和VR/(VR=VCC+VEE)，電流源I1和I2的大小可通過外接電阻調(diào)節(jié)，且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器的Q端輸出為低電平時，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1則

24、向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時間線性上升，當(dāng)VC上升到VC=2VR/3時，比較器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，控制開關(guān)S使電流源I2接通。由于I2>I1，因此電容C放電，vc隨時間線性下降。當(dāng)vc下降到vc≤VR/3時，比較器C2輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q又由高電平變?yōu)榈碗娖?，I2再次斷開，I1再次向C充電，vc又隨時間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，若I2=2I1，vc上升時間與下降時間相

25、等，就產(chǎn)生三角波輸出到腳3。而觸發(fā)器輸出的方波經(jīng)緩沖器輸出到腳9。三角波經(jīng)正弦波變換器變成正弦波后由腳2輸出。因此，ICL8038能輸出方波、三角波和正弦波等三種不同的波形。</p><p>　　圖3.2 內(nèi)部原理電路框圖</p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器有兩種工作方式，即輸出函數(shù)信

26、號的頻率調(diào)節(jié)電壓可以由內(nèi)部供給，也可以由外部供給。用以下由內(nèi)部供給偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖對芯片進(jìn)行測試，觀察其特性，圖3.3為基本接法。</p><p>　　圖3.3 ICL8038的一種接法</p><p>　　在以上應(yīng)用中，由于第7腳頻率調(diào)節(jié)電壓偏置一定，所以函數(shù)信號的頻率和占空比由RA、RB和C決定，其頻率為F，周期T，t1為振蕩電容充電時間，t2為放電時間。  &

27、#160; </p><p>　　T＝t1＋t2   (3.1)</p><p>　　f＝1／T (3.2)</p><p>　　由于三角函數(shù)信號在電容充電時，電容電壓上升到比較器規(guī)定輸入電壓的1／3倍，分得的時間為 </p><p>　　t1=CV/I=(C

28、3;1/3·Vcc·R A)/(1/5·Vcc)=5RAC /3 (3.3)</p><p>　　在電容放電時，電壓降到比較器輸入電壓的1／3時，分得的時間為　　t2＝CV／I＝（C·1／3·VCC）／（2／5·VCC /RB－1／5·VCC／RA）　　 ＝（3／5·RA·RB·C）／（2RA－

29、RB） (3.4)　　f＝1／（t1＋t2）＝3／｛5RAC［1＋RB／（2RA－RB）］｝ (3.5)</p><p>　　對圖中，如果RA＝RB，就可以獲得占空比為50％的方波信號。其頻率</p><p>　　f＝3／（10RAC） (3.6)</p><p><b>　　系統(tǒng)調(diào)試</b&g

30、t;</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器的電路是在Proteus中畫出原理電路圖并進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求是產(chǎn)生方波、三角波、正弦波，所以ICL8038的4管腳5管腳的外接電阻一定要相等才能產(chǎn)生占空比為50%的矩形波即方波，才可以產(chǎn)生三角波。如果占空比不為50%，產(chǎn)生的波形就為鋸齒波。通過計(jì)算將4腳5腳的外接電阻都設(shè)為4.7KHz，電容設(shè)為6380pF~63800pF之間的可變電容器，外接電源為正負(fù)6V的直流電源

31、，7腳8腳短接。調(diào)節(jié)可變電容器的容值就可以產(chǎn)生頻率范圍為1KHz-10kHz的方波、三角波和正弦波。</p><p><b>　　系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)</b></p><p>　　由ICL8038為核心所組成的函數(shù)發(fā)生器的主要功能為輸出方波、三角波和正弦波等波形。振蕩頻率范圍寬，頻率穩(wěn)定性好。本設(shè)計(jì)的頻率范圍是1KHz-10kHz，輸出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，

32、經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整后，失真度還可降低到0.5%。三角波的線性度高達(dá)0.1%。 矩形波占空比的調(diào)節(jié)范圍很寬，D=1%-99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的波形的峰峰值可以由直流電源來直接控制，比較簡單，只需要將直流電源設(shè)置為正負(fù)6V，即可在誤差允許范圍內(nèi)得到Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波以及Vp-p>1V的正弦波。</p>

33、<p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過近兩周的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，知道了課程設(shè)計(jì)的一般步驟:首先要對所選課題做認(rèn)真的分析，明確了解任務(wù)和功能指標(biāo)，然后作總體原理框圖的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，要根據(jù)具體情況，反復(fù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證與比較，以求得到最佳方案。在整體方案確定后，合理選擇和獨(dú)立設(shè)計(jì)單元模塊電路選擇元器件，畫電路圖，進(jìn)行仿真和功能測試，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。<

34、;/p><p>　　在本次課題設(shè)計(jì)中使用了ICL8038單片函數(shù)波形發(fā)生器，使我對ICL8038的工作原理有了更多的理解，較深入的學(xué)習(xí)了ICL8038的引腳功能、工作波形等內(nèi)部構(gòu)造及其工作原理。利用ICL8038制作出來的函數(shù)發(fā)生器具有線路簡單，調(diào)試方便，功能完備，可輸出正弦波、方波、三角波，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號質(zhì)量好，精度高，系統(tǒng)輸出頻率范圍較寬且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且具有較高的溫度穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。特別適合用于工控和

35、電子實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)輸出緩沖電路獨(dú)立設(shè)置多路時，可同時多路輸出三種信號，比較容易滿足實(shí)驗(yàn)需要。</p><p>　　雖然這次課程設(shè)計(jì)只有短短的兩周時間，我想對于我今后的學(xué)習(xí)和工作都有著非常深遠(yuǎn)的意義。因?yàn)樗屛颐靼捉?jīng)過實(shí)踐掌握的知識才是最牢固的，在以后的學(xué)習(xí)中要注重實(shí)踐的重要性。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　通過此次

36、的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過這次實(shí)習(xí)，我們學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實(shí)踐相結(jié)合的問題。 </p><p>　　在此過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué)問要一絲不茍，對于發(fā)展

37、過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就達(dá)退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。而且要學(xué)會與人合作，這樣做起事情來就可以事倍功半。 </p><p>　　從我們開始這個課程設(shè)計(jì)，到這個課程設(shè)計(jì)的結(jié)束，老師一直陪伴我們，給我們細(xì)心的指導(dǎo)，給我們講解各種注意事項(xiàng)和各個部分應(yīng)該注意的問題，有了XX老師的指導(dǎo)，我們才能順利的完成這次

38、課程設(shè)計(jì)，所以，我對XX老師表示深深的謝意，感謝她陪伴我們的這兩周，讓我們在這短短的兩周中，學(xué)到了許許多多的知識。</p><p>　　另外，我要感謝我們小組的成員們，因?yàn)橛写蠹业墓餐?，相互幫助，一起探討，才有今天的成就。在這次課程設(shè)計(jì)中，每個人都扮演著必不可少的角色，大家分工合作、雖然在剛剛開始的時候大家都有些不知從何開始，但是，通過大量的查閱資料和大家一起討論，終于克服重重困難，完成了我們的課題。所以，現(xiàn)

39、在的成績是大家共同努力的結(jié)果。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光主編 《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分》（第五版) 高等教育出版社 2006年</p><p>　　[2] 康華光主編 《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分》（第五版) 高等教育出版社 2006年</p><p>　　[3] 陳明義主

40、編 《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)用教程》（第三版） 中南大學(xué)出版社 2010年</p><p>　　[4] 羅杰 謝資美主編 《電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試》（第四版） 電子工業(yè)出版社 2008年</p><p>　　[5] 朱定華 陳 林 吳建新主編 《電子電路測試與實(shí)驗(yàn)》 清華大學(xué)出版社 2004年</p><p>　　[6] 王建新 姜萍主編 《電子線

41、路實(shí)踐教程》 科學(xué)出版社 2003年</p><p>　　[7] 陳大欽 《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》(第二版) 北京 高等教育出版社 2000年</p><p>　　[8] 葛汝明主編 《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》 山東大學(xué)出版社 2004年</p><p>　　[9] 高平 《電子線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007年</p><p>