问函数信号发生器和任意波形信号发生器一样吗

基于icl8038函数信号发生器的设计本设计是以icl8038 和at89c2051 为核心设计的数控及扫频函数信号发生器。icl8038 作为函数信号源结合外围电路产生占空比和幅度可调的正弦波、方波、三角波; 该函数信号发生器的频率可调范围为1~100khz, 步进为0.1khz, 波形稳定, 无明显失真。1.系统设计框图如图1 为系统设计框图。本设计是利用键盘设置相应的频率值, 根据所设置频率段选择相应电容, 经计算获得相应数字量送数字电位器实现d/a 转换, 同时与参考电压( 本例为5.5v) 相加后形成数控调压去控制icl8038 第8 脚, 这样即可由icl8038 实现对应频率值的矩形波、三角波和正弦波。方波幅度经衰减后送单片机可测得信号源频率并由数码管显示。2.电路原理图图2 为电路原理图。其中at89c2051 是8 位单片机, 其中: p1.4~p1.7、p1.2、p1.3、p3.0、p3.1 作为数码显示; p3.3、p3.5 、p3.7 作为键盘输入口; p3.4 作为计数口, 用于测量信号源频率;p3.0~p3.2 作为数字电位器的spi总线; p1.1、p1.0 可根据需要扩展继电器或模拟开关选择icl8038第10 脚( cap) 与第11 脚间的电容c。mcp41010 是8 位字长的数字电位器, 采用三总线spi 接口。/cs: 片选信号, 低电平有效; sck:时钟信号输入端; si: 串行数据输入端, 用于寄存器的选择及数据输入。mcp41010 可作为数字电位器, 也可以作为d/a 转换器, 本设计是将mcp41010 接成8 位字长的d/a 转换器, mcp41010 根据输入的串行数据, 对基准电压进行分压后由中间抽头输出模拟电压, 即vpwo =dn/256vref ( 式中vref=5v) 。函数发生电路icl8038, 图2所示是一个占空比和一个频率连续可调的函数发生电路。icl8038是一种函数发生器集成块, 通过外围电路的设计, 可以产生高精密度的正弦波、方波、三角波信号, 选择不同参数的外电阻和电容等器件, 可以获得频率在0.01hz~300khz 范围内的信号。通过调节rw2 可使占空比在2%~98%可调。第10 脚( cap) 与第11 脚间的电容c 起到很重要的作用, 它的大小决定了输出信号频率的大小, 当c 确定后, 调节icl8038 第8 脚的电压可改变信号源的输出频率。从icl8038 引脚9(要接上拉电阻)输出的波形经衰减后送单片机p3.4 进行频率测量。正弦函数信号由三角波函数信号经过非线性变换而获得。利用二极管的非线性特性, 可以将三角波信号的上升和下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。icl8038 中的非线性网络是由4 级击穿点的非线性逼近网络构成。一般说来, 逼近点越多得到的正弦波效果越好, 失真度也越小, 在本芯片中n= 4, 失真度可以小于1。在实测中得到正弦信号的失真度可达0.5 左右。其精度效果相当满意。为了进一步减小正弦波的失真度, 可采用图2 所示电路中两个电位器rw3 和rw4 所组成的电路, 调整它们可使正弦波失真度减小。当然, 如果矩形波的占空比不是50% , 矩形波不再是方波, 引脚2 输出也就不再是正弦波了。 图2 电路原理图经实验发现, 在电路设计中接10 脚和11 脚的电容值和性能是整个电路的关键器件, 电容值的确定也就确定电路能产生的频率范围, 电容性能的好坏直接影响信号频率的稳定性、波形的失真度, 由于该芯片是通过恒流源对c 充放电来产生振荡的, 故振荡频率的稳定性就受到外接电容及恒流源电流的影响, 若要使输出频率稳定, 必须采用以下措施:外接电阻、电容的温度特性要好; 外部电源应稳定; 电容应选用漏电小、质量好的非极化电容器。3.实验结果当±12v 工作电源时, 输出频率如下表: 失真度情况, 实验数据如下表: 4.软件流程图图3 为软件流程图。t0 设为计数器,t1 设为定时器(初值为5ms)。5ms 启动主循环, 主要用于键盘扫描及扫描显示, 图2 中k0 作为控制键, k1 作为调整键, k2 作为增加键; 上电时程序进入频率设置模式, 按一下k0 键程序进入数控模式, 按二下k0 键程序进入扫频模式, 按三下k0 键程序进入频率设置模式, 周而复始。在频率设置模式, 由k1 键和k2 键完成频率设置。 图3 软件流程图基于icl8038的函数发生器函数发生器是一种可以同时产生方波、三角波和正弦波的专用集成电路。当调节外部电路参数时，还可以获得占空比可调的矩形波和锯齿波。因此，广泛用于仪表之中。一、电路结构函数发生器icl8038的电路结构如图虚线框内所示，共有五个组成部分。两个电流源的电流分别为is1和is2，且is1=i，is2=2i；两个电压比较器ⅰ和ⅱ的阈值电压分别为 和 ，它们的输入电压等于电容两端的电压uc，输出电压分别控制rs触发器的s端和 端；rs触发器的状态输出端q和 用来控制开关s，实现对电容c的充、放电；两个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够低，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波电压。rs触发器是数字电路中具有存储功能的一种基本单元电路。q和 是一对互补的状态输出端，当q=1时， ；当q=0时， 。s和 是两个输入端，当 时，q=0时， ；反之，当 时，q=1时， ；当s=0， 时，q和 保持原状态不变。两个电压比较器的电压传输特性如下图所示。二、工作原理★当给函数发生器icl8038合闸通电时，电容c的电压为0v，根据电压比较器的电压传输特性，电压比较器ⅰ和ⅱ的输出电压均为低电平；因而rs触发器的 ，输出q=0， ；★使开关s断开，电流源is1对电容充电，充电电流为is1=i因充电电流是恒流，所以，电容上电压uc随时间的增长而线性上升。★当上升为vcc/3时，电压比较器ⅱ输出为高电平，此时rs触发器的 ，s=0时，q和 保持原状态不变。★一直到上升到2vcc/3时，使电压比较器ⅰ的输出电压跃变为高电平，此时rs触发器的 时，q=1时， ，导致开关s闭合，电容c开始放电，放电电流为is2-is1=i因放电电流是恒流，所以，电容上电压uc随时间的增长而线性下降。起初，uc的下降虽然使rs触发的s端从高电平跃变为低电平，但 ，其输出不变。★ 一直到uc下降到vcc/3时，使电压比较器ⅱ的输出电压跃变为低电平，此时 ，q=0， ，使得开关s断开，电容c又开始充电，重复上述过程，周而复始，电路产生了自激振荡。由于充电电流与放电电流数值相等，因而电容上电压为三角波，q和 为方波，经缓冲放大器输出。三角波电压通过三角波变正弦波电路输出正弦波电压。结论：改变电容充放电电流，可以输出占空比可调的矩形波和锯齿波。但是，当输出不是方波时，输出也得不到正弦波了。三、性能特点icl8038是性能优良的集成函数发生器。可用单电源供电，即将引脚11接地，引脚6接+vcc，vcc为10~30v；也可双电源供电，即将引脚11接-vee，引脚6接+vcc，它们的值为±5~±15v。频率的可调范围为0.01hz~300khz。输出矩形波的占空比可调范围为2%~98%，上升时间为180ns，下降时间为40ns。输出三角波（斜坡波）的非线性小于0.05%。输出正弦波的失真小于1%。四、常用接法如图所示为icl8038的引脚图，其中引脚8为频率调节（简称为调频）电压输入端，电路的振荡频率与调频电压成正比。引脚7输出调频偏置电压，数值是引脚7与电源+vcc之差，它可作为引脚8的输入电压。如图所示为icl8038最常见的两种基本接法，矩形波输出端为集电极开路形式，需外接电阻rl至+vcc。在图(a)所示电路中，ra和rb可分别独立调整。在图(b)所示电路中，通过改变电位器rw滑动的位置来调整ra和rb的数值。当ra=rb时，各输出端的波形如下图(a)所示，矩形波的占空比为50％，因而为方波。当ra≠rb时，矩形波不再是方波，引脚2输出也就不再是正弦波了，图(b)所示为矩形波占空比是15%时各输出端的波形图。根据icl8038内部电路和外接电阻可以推导出占空比的表达式为故ra<2rb。 为了进一步减小正弦波的失真度，可采用如下图所示电路中两个100kω的电位器和两个10kω电阻所组成的电路，调整它们可使正弦波失真度减小到0.5%。在ra和rb不变的情况下，调整rw2可使电路振荡频率最大值与最小值之比达到100:1。在引脚8与引脚6之间直接加输入电压调节振荡频率，最高频率与最低频率之差可达1000:1。

原理上是一样的，但是实现方法不一样吧，函数信号发生器是用数学运算的方法实现的，直接但是对单片机的运算能力要求较高，而任意波形发生器是通过波形叠加和频率合成的方法完成的，理论基础要求比较高