【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 到廣泛應(yīng)用。一臺(tái)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，從概念的確立，到包括電路原理、 PCB 版圖、單片機(jī)程序、機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)、 FPGA 的構(gòu)建及仿真、外觀界面、熱穩(wěn)定分析、電磁兼容分析在內(nèi)的物理級(jí)設(shè)計(jì)，再到 PCB 鉆孔圖、自動(dòng)貼片、焊膏漏印、元器件清單、總裝配圖等生產(chǎn)所需資料等等全部在計(jì)算機(jī)上完成。 EDA 技術(shù)借助計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量大、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)，可對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人工難以完成的模擬評(píng)估、設(shè)計(jì)檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理等工作。 2 函數(shù)發(fā)生器的幾種設(shè)計(jì)方法 基于 555 的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) 通過(guò) 555 定時(shí)器進(jìn)行函 數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，電路簡(jiǎn)單，成本低廉。 555 定時(shí)器是集模擬電路和數(shù)字電路為一體的中規(guī)模集成電路，只要適當(dāng)配接少量的外圍元件，可以方便的構(gòu)成脈沖產(chǎn)生電路、脈沖變換電路及其它具有定時(shí)功能的電路。 設(shè)計(jì)思路為：由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧自激震蕩器得到方波；方波通過(guò)一階 RC 積分電路得到三角波；三角波再通過(guò)二階 RC 積分電路得到正弦波。 A15 5 5 _ V I R T U A LGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIV C C12VR11kΩR220kΩR3100kΩK e y = A65%C11 0 n FC21 0 n FC31 0 0 u FC44 7 0 n FC51 0 0 n FC61 0 0 n FR45 .1 k ΩR510kΩR610kΩR71kΩJ1K e y = S p a c e42V C C135 809XSC1T e kt ro n ix1 2 3 4 TGP67XDA1T H D10圖 211 555 定時(shí)器構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器 12 圖 212 電路仿真波形圖 由 555 定時(shí)器構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器，電路簡(jiǎn)單，成本低廉，如稍許增加正弦波放大電路及幅度調(diào)節(jié) 電路，即可構(gòu)成簡(jiǎn)單實(shí)用的信號(hào)源。 基于 ICL8038 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) ICL8038 的工作頻率范圍在幾赫茲至幾百千赫茲之間，它可以同時(shí)輸出方波（或脈沖波）、三角波、正弦波。其內(nèi)部組成如圖所示。輸出波形頻率可變且精確度高，當(dāng)輸出波形頻率小于 10KHz 時(shí)，誤差僅為 %。 其中，振蕩電容 C由外部接入，它是由內(nèi)部?jī)蓚€(gè)恒流源來(lái)完成充電放電過(guò)程。恒流源 2 的工作狀態(tài)是由恒流源 1對(duì)電容器 C連續(xù)充電，增加電容電壓，從而改變比較器的輸入電平，比較器的狀態(tài)改變，帶動(dòng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來(lái)連續(xù) 控制的。當(dāng)觸發(fā)器的狀態(tài)使恒流源 2 處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓達(dá)到比較器 1 輸入電壓規(guī)定值的 2／ 3 倍時(shí)，比較器 1 狀態(tài)改變，使觸發(fā)器工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，將模擬開(kāi)關(guān) K由 B 點(diǎn)接到 A點(diǎn)。由于恒流源 2的工作電流值為 2I，是恒流源 1的 2 倍，電容器處于放電狀態(tài)，在單位時(shí)間內(nèi)電容器端電壓將線性下降，當(dāng)電容電壓下降到比較器 2 的輸入電壓規(guī)定值的 1／ 3 倍時(shí)，比較器 2狀態(tài)改變，使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)回到原來(lái)的狀態(tài)，這樣周期性的循環(huán)，完成振蕩過(guò)程。 圖 221 ICL8038 內(nèi)部框圖 13 在以上基本電路中很容易獲得 3種函數(shù)信號(hào)，假如電容器在充電過(guò)程和在放電過(guò)程的時(shí)間常數(shù)相等，而且在電容器充放 電時(shí)，電容電壓就是三角波函數(shù)，三角波信號(hào)由此獲得。由于觸發(fā)器的工作狀態(tài)變化時(shí)間也是由電容電壓的充放電過(guò)程決定的，所以，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，就能產(chǎn)生方波函數(shù)信號(hào)，在芯片內(nèi)部，這兩種函數(shù)信號(hào)經(jīng)緩沖器功率放大，并從管腳 3和管腳 9 輸出。 圖 222為 ICL8038 的管腳圖，下面介紹各引腳功能。 腳 12（ Sine Wave Adjust）：正弦波失真度調(diào)節(jié)；腳 2（ Sine Wave Out）：正弦波輸出；腳 3（ Triangle Out）：三角波輸出；腳 5（ Duty Cycle Frequency）：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177。 10V～177。 18V；腳 7（ FM Bias）：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；腳 8(FM Sweep)：外部掃描頻率電壓輸入；腳 9（ Square Wave Out）：方波輸出，為開(kāi)路結(jié)構(gòu)；腳 10（ Timing Capacitor）：外接振蕩電容；腳 11（ V－ or GND）：負(fù)電原或地；腳 1 14（ NC）：空腳。 S Q UA R E9S INE2T RI A NG L E3D_A D J 14D_A D J 25V+6CA P10S _ A D J 212V11S _ A D J 11S W E E P8F M _ B IA S7U1ICL8 0 3 8C10 .1 u FC21 0 0 p F99%R V 11 0 0 k0%R V 21k33%R V 31 0 0 kR14 .7 kR24 .7 kR31k+ 1 2 V 1 2 VABCD圖 222 ICL8038 管腳圖 C 1 0 .1 ? F RP 2 1k ? R A RB 4 . 7k ? 4 . 7k ? 5 4 6 R L 15 k ? + 5V ＋ V CC 9 3 2 8 ADJ F2 ADJ F1 V + SQ TR 1 S I N V–/ G N D FM IN C t C t 4700pF 10 11 12 RP 3 100k ? 20H z ~ 20kH z – 5V RP 1 10k ? R 1 20k ? 8038 – V EE ADJ S2 圖 223 ICL8038 組成的音頻函數(shù)發(fā)生器 14 通過(guò)調(diào)節(jié) RV2 的位置，即可調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器的輸出震蕩頻率的 大小 基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì) 可以以 AT89C52 單片機(jī)為核心，選用 DAC0832 為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并輔以必要的模擬電路，設(shè)計(jì)基于 AT89C52 單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器。 該方案的主要思路是采用編程的方法來(lái)產(chǎn)生希望得到的波形，用戶將要輸出的波形預(yù)先儲(chǔ)存在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，在需要某種波形時(shí)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)依次讀出來(lái)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波等處理后，輸出該波形信號(hào)。該方案優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)任意波形的信號(hào)容易，可通過(guò)外置按鍵或鍵盤(pán)來(lái)設(shè)定所需要產(chǎn)生信號(hào)源的類 型和頻率，還可以通過(guò)顯示器顯示波形的相關(guān)信息。不足之處是由于單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)速度有限，當(dāng)產(chǎn)生頻率比較高的信號(hào)時(shí)，輸出波形的質(zhì)量將下降。 3 函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 目的及 框圖 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。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，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路 (如單片函數(shù)發(fā)生器模塊 AT89C52)。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及實(shí)驗(yàn)調(diào)試技術(shù)，本課題采用由集成運(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。 產(chǎn)生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產(chǎn)生正弦波，然后通過(guò)整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產(chǎn)生三角波 — 方波，再將三角波變成正弦波或?qū)⒎讲ㄗ兂烧也ǖ鹊取１菊n題采用先產(chǎn)生方波 — 三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設(shè)計(jì)方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成框圖圖 311所示： 圖 224 ICL8038 函數(shù)發(fā)生器電路 圖 225 仿真波形圖 15 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(lái)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。 4 函數(shù)發(fā)生器工作原理 函數(shù)發(fā)生器原理圖 圖 41三角波 — 方波 — 正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路 方波產(chǎn)生電路 圖 421所示電路能自動(dòng)產(chǎn)生方 波。其電路的工作原理如下： v o1 + 12 V 13 12 4 R 3 20k ? – 12V 47k ? 10k ? R 2 2 R 1 10k ? 1 RP 2 R 4 5 .1 k ? 100k ? 7 6 R 5 10k ? A 1 A 2 9 4 C 1 10 ? F ＋ ＋ S C 2 1 ? F + 12 V v o 2 10 ＋ C 3 470 ? F RP