電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 基于ICL8038的函數(shù)發(fā)生器

..基于ICL8038的函數(shù)發(fā)生器摘要：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別離器件，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細(xì)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。其輸出波形的頻率和占空比可以由電流或電阻控制。關(guān)鍵詞：ICL8038，方波，三角波，正弦波。Abstract：Functiongeneratoraccordingtodifferentpurposes,afunctiongeneratortoproducethreeormorekindsofwaveforms,devicesusedincircuitcanbeaseparationdevice,andcanalsobeintegrateddevice,generatesasquarewave,sinewave,trianglewaveschemealsohasavarietyof.ThedesignisbasedonICL8038chipasthecoredevice,afunctiongeneratorproduced.ICL8038isaprecisionoscillationintegratedcircuitwithavarietyofwaveformoutput,onlyexternalponentscanbeproducedsmallamountsofsquarewave,sinewaveandtriangularwave.Thefrequencyoftheoutputwaveformandthedutyratiocancontrolbycurrentorresistance.Keywords：ICL8038,Squarewave,Triangularwave,Sinewave.目錄1前言12總體方案22.1方案比擬22.1.1方案一22.1.2方案二22.2方案選擇33單元模塊設(shè)計(jì)43.1ICL803843.1.1ICL8038

管腳功能43.1.2ICL8038的性能特點(diǎn)53.1.3ICL8038部構(gòu)造53.2控制電路64系統(tǒng)調(diào)試85系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)96設(shè)計(jì)總結(jié)107辭118參考文獻(xiàn)129附錄13..前言信號(hào)發(fā)生器是科研及工程實(shí)踐中重要的儀器之一，在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制、遙測(cè)控制、測(cè)量?jī)x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(hào)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(duì)耗能高、故障頻率也高。隨著集成電路的迅速開展，用集成電路可以很快、很方便的構(gòu)成各種信號(hào)波形發(fā)生器。用集成電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)波形發(fā)生器與其它信號(hào)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)，都有很大的提高。信號(hào)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別離器件,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)的快速開展,新材料新器件層出不窮,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精細(xì)函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢(shì)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(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波，其函數(shù)波形的頻率受部或外電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩等波形?？傮w方案通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，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(duì)這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)展說明，并分析比擬它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。方案比擬方案一方案一的構(gòu)造框圖如下列圖2.1所示。圖2.1函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖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。由比擬器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比擬器輸出的方波經(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(shí)，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。方案二方案二的構(gòu)造框圖如下列圖2.2所示。圖2.2由8038構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖方案二中，利用單片集成函數(shù)信號(hào)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。方案選擇經(jīng)過分析比擬，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)采用方案二利用單片集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038、集成振蕩器、集成定時(shí)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(jiǎn)單，調(diào)試方便，功能完備，輸出波形穩(wěn)定清晰，信號(hào)質(zhì)量好，精度高，系統(tǒng)輸出頻率圍較寬且經(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(shí)，可同時(shí)多路輸出三種信號(hào)，比擬容易滿足設(shè)計(jì)需要。單元模塊設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路構(gòu)造、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會(huì)對(duì)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)展必要說明。ICL8038ICL8038管腳功能圖3.1ICL8038管腳功能圖腳1、12〔SineWaveAdjust〕：正弦波失真度調(diào)節(jié)；腳2〔SineWaveOut〕：正弦波輸出；腳3〔TriangleOut〕：三角波輸出；腳4、5〔DutyCycleFrequency〕：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對(duì)稱調(diào)節(jié)；腳6〔V＋〕：正電源±10V～±18V；腳7〔FMBias〕：部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；腳8(FMSweep)：外部掃描頻率電壓輸入；腳9〔SquareWaveOut〕方波輸出，為開路構(gòu)造；腳10〔TimingCapacitor〕：外接振蕩電容；腳11〔V－orGND〕：負(fù)電原或地；腳13、14〔NC〕：空腳。ICL8038的性能特點(diǎn)〔1〕具有在發(fā)生溫度變化時(shí)產(chǎn)生低的頻率漂移，最大不超過50ppm／℃；〔2〕正弦波輸出具有低于1％的失真度；〔3〕三角波輸出具有0．1％高線性度；〔4〕具有0．001Hz～1MHz的頻率輸出圍；工作變化周期寬；〔5〕2％～98％之間任意可調(diào)；高的電平輸出圍；〔6〕從TTL電平至28V；〔7〕具有正弦波、三角波和方波等多種函數(shù)信號(hào)輸出；〔8〕易于使用，只需要很少的外部條件。ICL8038部構(gòu)造ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，其部原理電路框圖如圖3.2。在圖3.2中，ICL8038由恒流源I1、I2，電壓比擬器C1、C2和觸發(fā)器等組成。電壓比擬器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(shí)，它控制開關(guān)S使電流源I2斷開。而電流源I1那么向外接電容C充電，使電容兩端電壓VC隨時(shí)間線性上升，當(dāng)VC上升到VC=2VR/3時(shí)，比擬器C1輸出發(fā)生跳變，使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖剑刂崎_關(guān)S使電流源I2接通。由于I2>I1，因此電容C放電，vc隨時(shí)間線性下降。當(dāng)vc下降到vc≤VR/3時(shí)，比擬器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(shí)間線性上升。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，假設(shè)I2=2I1，vc上升時(shí)間與下降時(shí)間相等，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。圖3.2部原理電路框圖控制電路ICL8038單片函數(shù)發(fā)生器有兩種工作方式，即輸出函數(shù)信號(hào)的頻率調(diào)節(jié)電壓可以由部供應(yīng)，也可以由外部供應(yīng)。用以下由部供應(yīng)偏置電壓調(diào)節(jié)的接線圖對(duì)芯片進(jìn)展測(cè)試，觀察其特性，圖3.3為根本接法。圖3.3ICL8038的一種接法在以上應(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(hào)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(shí)間，t2為放電時(shí)間。T＝t1＋t2 (3.1)f＝1／T (3.2)由于三角函數(shù)信號(hào)在電容充電時(shí)，電容電壓上升到比擬器規(guī)定輸入電壓的1／3倍，分得的時(shí)間為t1=CV/I=(C·1/3·Vcc·RA)/(1/5·Vcc)=5RAC/3 (3.3)在電容放電時(shí)，電壓降到比擬器輸入電壓的1／3時(shí)，分得的時(shí)間為

t2＝CV／I＝〔C·1／3·VCC〕／〔2／5·VCC/RB－1／5·VCC／RA〕

＝〔3／5·RA·RB·C〕／〔2RA－RB〕 (3.4)

f＝1／〔t1＋t2〕＝3／｛5RAC［1＋RB／〔2RA－RB〕］｝ (3.5)對(duì)圖中，如果RA＝RB，就可以獲得占空比為50％的方波信號(hào)。其頻率f＝3／〔10RAC〕 (3.6)系統(tǒng)調(diào)試函數(shù)發(fā)生器的電路是在Proteus中畫出原理電路圖并進(jìn)展的仿真實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)要產(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，7腳8腳短接。調(diào)節(jié)可變電容器的容值就可以產(chǎn)生頻率圍為1KHz-10kHz的方波、三角波和正弦波。系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)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。振蕩頻率圍寬，頻率穩(wěn)定性好。本設(shè)計(jì)的頻率圍是1KHz-10kHz，輸出波形的失真小。正弦波失真度＜5%，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)圍很寬，D=1%-99%，由此可獲得窄脈沖、寬脈沖或方波。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，比擬簡(jiǎn)單，只需要將直流電源設(shè)置為正負(fù)6V，即可在誤差允許圍得到Vp-p=12V的方波、Vp-p=4V的三角波以及Vp-p>1V的正弦波。設(shè)計(jì)總結(jié)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)展論證與比擬，以求得到最正確方案。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)展仿真和功能測(cè)試，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。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(duì)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(jiǎn)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(hào)質(zhì)量好，精度高，系統(tǒng)輸出頻率圍較寬且經(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(shí)，可同時(shí)多路輸出三種信號(hào)，比擬容易滿足實(shí)驗(yàn)需要。雖然這次課程設(shè)計(jì)只有短短的兩周時(shí)間，我想對(duì)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(shí)才是最結(jié)實(shí)的，在以后的學(xué)習(xí)中要注重實(shí)踐的重要性。辭通過此次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動(dòng)手能力。并且由原先的被動(dòng)的承受知識(shí)轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的尋求知識(shí)，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個(gè)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(huì)記住很多的書本知識(shí)，但是通過這次實(shí)習(xí)，我們學(xué)會(huì)了如何將學(xué)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會(huì)了怎么更好的處理知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的問題。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(duì)于開展過程中出現(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(huì)與人合作，這樣做起事情來就可以事倍功半。從我們開場(chǎng)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，到這個(gè)課程設(shè)計(jì)的完畢，教師一直陪伴我們，給我們細(xì)心的指導(dǎo)，給我們講解各種考前須知和各個(gè)局部應(yīng)該注意的問題，有了XX教師的指導(dǎo)，我們才能