专    业：        电子信息工程            

第1节  引言……………………………………………………………………… 2

1.1  设计内容……………………………………………………………………2

1.2  设计要求……………………………………………………………………2

1.3  系统主要功能………………………………………………………………2

第2节  硬件设计…………………………………………………………………3

2.1  原理图……………………………………………………………………3

2.2  对核心部件ICL8038芯片的功能简介…………………………………3

2.3  硬件工作原理阐述………………………………………………………5

第3节  实际硬件电路……………………………………………………………8

3.1  ICL信号发生器的proteus 仿真电路图…………………………………8、3.2  ICL信号发生器的Protel99se电路原理图………………………………8

3.3  ICL信号发生器的硬件实物图……………………………………………9

3.4  测得的波形图………………………………………………………………9

第4节   结束语……………………………………………………………………12

参考文献 …………………………………………………………………12

第一节 引言

【摘要】信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科研领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。函数信号发生器能够产生多种波形，如矩形波（包含方波）、三角波、正弦波、锯齿波。它在设备检测和电路实验中用途广泛。通过对信号发生器的原理、构造的分析及查阅相关资料，可设计一个能产生方波、正弦波、三角波的函数信号发生器。本函数信号发生器，采用ICL8038芯片来实现的。

【关键词】 信号发生器  ICL8038  方波  正弦波  三角波

1.1设计内容

利用ICL8038芯片来设计一个简易的信号发生器，实现能产生方波、正弦波、三角波。并且通过调节电位器来实现产生的波形可调功能。

该简易信号发生器的设计原理图如下图所示：

1.2设计要求

按照给定的原理图设计一个简易信号发生器。画出Protues 电路仿真图，进行仿真设计，并画出Protel99se电路原理图，再根据原理图，制作出信号发生器的实际电路，并进行相应的硬件调试。

要求能很好的输出方波、三角波、正弦波，并能对波形进行调节。

1.3系统主要功能

使用ICL8038芯片及其外围电路，制作一个能产生方波、正弦波、三角波的的简易波形信号发生器，并能够对产生的波形进行调节，以得到需求的理想波形。

其用到的元器件如下：

1片ICL8038，1个5千欧电位器，2个20千欧电位器，3个2千欧电阻，2个5千欧电阻，1个3300P电容。

第二节 硬件设计

2.1原理图

2.2对核心部件ICL8038芯片的功能简介

ICL信号发生器是基于ICL8038芯片的函数信号发生器，制作成本低，结构简单。ICL8038是是一个用最少的外部元件就能产生高精度正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波形彻底单片集成电路。频率的选定从0.001Hz到300KHz，它可以通过选用电阻器或电容器来调节。调频及扫描可以由同一个外部电压完成，ICL8038精密函数发生器是采用肖特基势垫二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，它的输出由温度和电源变化范围来决定，ICL8038芯片和锁相回路组成的电路具有在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过250ppm/oC.

特点：

1、具有在在发生温度变化时产生低的频率漂移，最大不超过50ppm/ oC;

2、正弦波输出具有低于1%的失真度；

3、三角波输出具有0.1%高限性度；

4、4具有0.001Hz～1MHz的频率范围；工作变化周期宽；

5、2%～98之间任意可调；高的电平输出范围i；

6、从TTL电平至28V；

7、具有正弦波、三角波和方波等多种函数信号输出；

8、易于使用，只需要很少的外部条件。

ICL8038内部详细示意图

2.3硬件工作原理阐述

外接的电容C由两个恒流源充电和放电，振荡电容C由外部接入，它是由内部两个恒流源来完成充放电过程的。恒流源2的工作状态是由恒流源1对电容C连续充放电，增加电容电压，从而改变比较器的输入电平，比较器的状态改变，带动触发器翻转来连续控制的。当触发器的状态使恒流源2处于关闭状态，电容电压达到比较器1输入电压规定值的2/3倍时，比较器1状态改变，使触发器工作状态发生翻转，将模拟开关K由B点接到A点。由于恒流源2的工作电流为2I，是恒流源1的2倍，电容器处于放电状态，在单位时间内电容器端电压将线性下降，当电容电压下降到比较器2的输入电压规定值的1/3倍时，比较器2状态改变，使触发器又翻转回到原来的状态，这样周期循环，完成振荡过程。

    在以上基本电路中很容易获得4种函数信号，假如电容器在充电和放电过程的时间常数相等，而且在电容器充放电时，电容电压就是三角波函数，三角波信号由此获得。由于触发器的工作状态变化时间也是由电容电压的冲放电过程决定，所以，触发器的状态翻转，就能产生方波函数信号，在芯片内部，这两种函数信号经缓冲器功率放大，并从管脚3和管脚9输出。

选择适当的外部电阻RA、RB、C，可以满足方波函数等信号在频率、占空比调节的全部范围。因此，对两个恒流源在I和2I电流不对称的情况下，可以循环调节，从最小到最大，任意选择调整所以，只要调节电容充放电时间不相等，就可以获得锯齿波等函数信号。

正弦函数信号由三角波函数信号进过非线性变换而获得。利用二级管的非线性特性，可以将三角波的上升成下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。

信号波形时间

所有信号波形对称都可由外部时间电阻器来调整。有两种可能的方式完成这种被显示。最佳的结果将通过保持时间电位器RA、RB的来得到。RA控制三角波、正弦波的上升部分、矩形波的一个状态

三角波的波形大小被设定在1/3电源电压；因此三角的上升部分是

T1=C×V/I=（C×1/3×VSUPPLY×RA）/(0.22×VSUPPLY)=RA×C/0.66

三角波和正弦波下降部分和0矩形波的状态是：

T2=C×V/1=(C×1/3×VSUPPLY)/[2×0.22×VSUPPLY/RB—0.22×VSUPPLY /RA]=RARBC/[0.66×(2RA-RB)]

当RA=RB时，占空比仅在50%，如果占空比仅在50%小范围变化，连接列在图3b是稍微比较方便。注意，1K的电位器不能允许占空比达到50%。在所有仪器中，当占空比达50%时，电位器就要采用2K、5K、20K等

有两个的定时电阻器的频率为：

F=1/（t1+t2）=1/[RAC/0.66×(1+RB/(2RA-RB))]

Or if  RA=RB=R

F=0.33/(R×C)(for Figure 3A)

图2相位关系波形：

图2A 方波占空比50%           图2B 方波占空比80%

图3可以连接外部定时电阻：

        图3A                        图3B

时间和频率都不依赖于电源电压，尽管所有的电压都不是由内部集成电路调节。这归结于实际电流和门限是直接的，电源电压是线性函数，因而他们不起作用。

7、8脚短路的情况下，充电电流RA的大小确定。计算如下：

I=R1×(V+-V-)/[(R1+R2)×RA]=0.22×(V+-V-)/RA

电源发生器及波形水平输出控制

信号波形发生器可以在双电源（+5v+15v）或单电源（10v到30v）工作，正弦波和三角波的单电源平均水平的电压正确地来说是电源点压的1/2。当矩形波在v+和地之间交替时，此分开电源的好处是所有信号波形的搬移关于地面对称。当方波输出不真时，一个负载电阻可连接到不同电源，只要外加电压仍在波形发生器（30v）崩溃内。

频率扫描和调频

    频率的波形发生器是一个直接直流电压终端8（由v+）。通过改变电压，频率调制完成。小偏差（例如+10%）调制信号，调整的信号可能直接应用于管脚8，仅提供直流与解耦电容器。管脚7和8不需外部电阻，当管脚7和8连在一起，能增加约8千欧输入阻抗。

为了能较大调频偏差或扫频，调节的信号是应用在正电压和管脚8，这样整个电流源的斜线由调节信号产生，由此得到一个非常大的扫描范围。当f=0时，扫频电压电压V=0.电源电压过程需小心。在大频调频偏差构造中，充电电容不作为电源电压。因此，频率依赖于电压。

图A调频的连接             图B频率扫描的连接

第三节 实际硬件电路

3．1ICL信号发生器的proteus 仿真电路图

3．2ICL信号发生器的Protel99se电路原理图

3．3ICL信号发生器的硬件实物图 

完成后的ICL信号发生器的正面

3.4  测得的波形图

图1示波器参数：

CH1：1.00V

峰峰值：2.08V

周期：7.590us

均方根值：713mV

频率：1.318KHz

显示：正弦波

示波器显示1：ICL8038 2脚测得的正弦波信号

图2示波器参数：

CH1：2.00V

峰峰值：3.60V

周期：738.6us

均方根值：955mV

频率：1.370KHz

显示：三角波

示波器显示2：ICL8038 3脚测得的三角波信号

图3示波器参数：

CH1：5.00V

峰峰值：10.6V

周期：746.0us

均方根值：5.16V

频率：1.340KHz

显示：方波

示波器显示3：ICL8038 9脚测得的方波信号

第四节结束语

通过此次实验，使我熟悉了ICL信号发生器的电路设计，也使我了解了ICL8038芯片。同时再一次熟悉了对Proteus软件的使用，及Protel99se软件的使用，也更熟练了掌握的电路焊接技术。也让我较深了解各种仪器的使用，比如，对示波器的使用，万用表的使用等。对单片机技术方面，也让我进一步加深了解，使自己的专业技能进一步得到提升，所以本次设计给我的收获很大。比较遗憾的是本次Proteus的仿真并没有得到预期的结果。

参考文献

1、 

2、陈志旺 陈志茹 阎巍山等编著 《51系列单片机系统设计与实践》 电子工业出版社，2010

3、胡汉才编著，《单片机原理及其接口技术》清华大学出版社，2004。

4、贾金铃等编著，《微型计算原理及应用》重庆大学出版社，2006。

5、吴清秀，周荷琴编著，《微型计算机原理与接口技术》中国科学技术

大学出版社，2004。

6、吴向军、罗源明等编著《汇编语言程序设计》高等教育出版社，2001。

7、潘晓宁、朱耀东编著，《单片机程序设计实践教程》清华大学出版社，2009.下载本文