主要 研究 内容 目标 特 | 信号发生器是用来提供各种测量所需信号的仪器，它是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。在分析电子线路时，常常需要了解输出信号与输入信号之间的关系，为此常信号发生器产生一个信号来激励系统，以便观察、分析它对激励信号的反映。 |
成果 描述 | 针对低频信号源进行设计，设计以LPC2138为控制芯片，探索研究了低频信号发生器的原理和应用，设计输出频率及幅度可调，频率范围为1HZ～50KHZ的正弦波、方波、三角波、调幅波、调频波及其复合波信号，具有信号频率、波形、幅度变化容易，硬件简单可靠等特点的多功能信号源 |
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一、开展本课题的意义及工作内容： 信号发生器是用来提供各种测量所需信号的仪器，它是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。在分析电子线路时，常常需要了解输出信号与输入信号之间的关系，为此常信号发生器产生一个信号来激励系统，以便观察、分析它对激励信号的反映。因此我就针对低频信号源进行设计，设计以LPC2138为控制芯片，探索研究了低频信号发生器的原理和应用，设计输出频率及幅度可调，频率范围为1HZ～50KHZ的正弦波、方波、三角波、调幅波、调频波及其复合波信号，具有信号频率、波形、幅度变化容易，硬件简单可靠等特点的多功能信号源 |
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二、文献综述
信号发生器是用来提供各种测量所需信号的仪器，它是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。在分析电子线路时，常常需要了解输出信号与输入信号之间的关系，为此常信号发生器产生一个信号来激励系统，以便观察、分析它对激励信号的反映。自十九世纪六十年代以来，信号发生器有了迅速的发展出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类，各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高，同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。
产生所需参数的电测试信号仪器。按其信号波形分为四大类：①正弦信号发生器。主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。②函数（波形）信号发生器。能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。除供通信、仪表和自动控制系统测试
用外，还广泛用于其他非电测量领域。③脉冲信号发生器。能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。④随机信号发生器。通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。噪声信号发生器主要用途为：在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。
各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：
（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。
（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，
精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。
（3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。
（4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。
对信号发生器的基本要求是：
(1)输出的幅度稳定．其稳定度按其用途不同，可从百分之儿到万分之几，甚至更高；
(2)输出波形要好。如正弦波振荡器要求失真度小，—般在3％以下，有些情况下要求达到小于1％；
(3)输出额率的稳定皮要高。一般希望每小时效率变化的相对值(指短期稳定度△f/f时)小于10-3 对作为精确频率测量用的信号频率输出，其稳定度要求就更高；
(4)要求有一定的输出功率。对于低频振荡器，常希望有1W以上的输出功率，而对高频振荡器的输出功率要求较低．
低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。设计针对低频信号源进行设计，设计以LPC2138为控制芯片，探索研究了低频信号发生器的原理和应用，设计输出频率及幅度可调，频率范围为1HZ～50KHZ的正弦波、方波、三角波、调幅波、调频波及其复合波信号，具有信号频率、波形、幅度变化容易，硬件简单可靠等特点的多功能信号源。
在信号源中对它本身的抗干扰能力还是有很高的要求的。干扰的渠道主要有三条： 空间干扰(场干扰)，电磁信号通过空间辐射进入系统;过程通道干扰，干扰通过与系统相连的前向通道、后向通道及与其它系统的相互通道进入;供电系统干扰，电磁信号通过供电线路进入
系统。一般情况下空间干扰在强度上远小于其它两种，故系统中应重点防止过程通道与供电系统的干扰。抗干扰措施有硬件措施和软件措施。硬件措施如果得当，可将绝大部分干扰拒之门外，但仍然会有少数干扰进入系统，故软件措施作为第二道防线必不可少。由于软件抗干扰措施是以CPU为代价的，如果没有硬件消除绝大多数干扰，CPU将疲于奔命，无暇顾及正常工作，严重影响系统的工作效率和实时性。因此，一个成功的抗干扰系统是由硬件和软件相结合构成的。在输出信号时，外部干扰有可能使信号出错。在软件上，最有效的方法就是重复输出同一个信号，只要重复周期尽可能短，锁存器接收到一个被干扰的错误信号后还来不及作出有效的反应，一个正确的输出信号又来到，就可以及时防止错误动作的产生。CPU抗干扰措施前面几项抗干扰措施是针对I/O通道，干扰还未作用到系统本身，这时系统还能正确无误地执行各种抗干扰程序，当干扰作用到系统本身时），系统将不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。如何发现系统受到干扰，如何拦截失去控制的程序流向，如何使系统的损失减小，如何恢复系统的正常运行，这些就是CPU抗干扰需要解决的问题。可以采用以下几种较常见方法：人工复位，对于失控的CPU，最简单的方法是使其复位；掉电保护，电网瞬间断电或电压突然下降将使微机系统陷入混乱状态，电网电压恢复正常后，微机系统难以恢复正常。对付这一类事故的有效方法就是掉电保护；睡眠抗干扰；指令冗余；软件陷阱。
在设计中，信号的输出为一个完整的周期信号不断的输出，使得信号源能够在输出时具备一定的抗干扰能力。然后在末级还串上了一由RC组成的低通滤波器，形成了软件与硬件相结合的抗干扰措施，同时提高了系统的带载能力。
在设计复合波形时，本来是要将频率分别为1W、2W、3W的三个正弦信号进行复合的，这就要求在信号数据输出时必须先输出一个3W的信号数据等下一个时输出3W、2W的，1W点间隔三个点输出，这样才能将三个不同频率的波形整合到一起。但是在不同的波形之间波形的叠加最好是在同频率的波形之间进行，就选择了三个同频率的正弦波、三角波和方波进行复合。设计中碰到它们复合时幅度的控制问题，若幅度没控制好，示波器显示出来的将是一些杂波，并不是一个复合的波形，因此应该将复合波形的幅度系数除掉一个参数，以保证波形的完好输出。
设计的低频信号发生器的达到很高稳定性，可以将其用在电子线路与系统的设计、测试和维修中。
多功能信号源设计
基于ARM的多功能信号源设计
【摘要】
本设计主要研究和设计基于ARM（LPC2138）嵌入式系统的多功能数字信号发生器，采用数值计算合成和D/A转换模块来完成，可产生输出频率及幅度可调，频率范围为1HZ～50KHZ的正弦波、方波、三角波及其复合波信号，具有信号频率、波形、幅度变化容易，硬件简单可靠等特点。
1 系统设计任务与要求………………………………………………………………1
2 方案论证及选择………………………………………………………………1
2.2 幅度调制(AM)信号的产生……………………………………………………2
2.3 频率调制（FM）信号的产生…………………………………………………2
2.4 滤波电路………………………………………………………………………2
3.1 系统框图………………………………………………………………………3
3.2 各功能模块………………………………………………………………………3
3.2.2键盘模块…………………………………………………………………3
3.2.3滤波器设计………………………………………………………………3
3.2.4显示模块…………………………………………………………………3
3.3各个功能块的实现原理及分析 ………………………………………………3
3.3.2三角波的产生……………………………………………………………4
3.3.3方波的产生………………………………………………………………4
3.3.4复合波形的产生…………………………………………………………4
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