電賽信號發生器題技術報告
參賽學生：馬銘陽 楊永濤 李若蘭
指導教師：王義君
目錄
1.摘要
2.方案分析
2.1穩壓源方案
2.2信號產生方案
3.原理分析
3.1穩壓電源
3.2方波產生
3.3方波-三角波
3.4三角波-正弦波
3.5鍵盤輸入
3.6 LCD顯示
4.電路仿真
4.1穩壓源的仿真
4.2積分器的仿真
4.3差分放大電路仿真
1.摘要
本設計通過AVR單片機CTC模式輸出一個方波，再通過積分電路產生三角波，最後通過差分放大器轉換爲正弦波。另外從51單片機讀取按鍵傳送到AVR，根據按鍵次數得出頻率，進而更改輸出方波的頻率。在通過LCD顯示出來。
關鍵詞：CTC，積分，差分放大，按鍵，顯示
2.方案分析
2.1穩壓源方案
設計思路：
（1）電網供電電壓交流220V 50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須採用電源變壓器將電網電壓降低獲得所需要交流電壓。
（2）降壓後的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大。
（3）將脈動大的直流電壓經過濾波電路變成平滑，脈動小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。
（4）濾波後的直流電壓，再通過穩壓芯片穩壓，便可得到基本穩定的直流電壓輸出，供給負載。
2.2信號產生方案
由單片機和積分器組成方波-三角波產生電路，CTC模式下輸出的方波經積分器得到三角波，三角波到正弦波的轉換由差分放大器來完成。差分放大的方法與其他方法相比工作穩定，輸入阻抗高，抗干擾能力強的優點，主要原理是利用差分放大傳輸特性曲線的非線性。
3.原理分析
3.1穩壓電源
（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，並送給整流電路。
（2）整流電路：用整流電橋，把50Hz的正弦交流電變換成直流電壓。
（3）濾波電路：用電容將輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。
（4）穩壓電路：此次設計穩壓電路由穩壓芯片構成，12V用7812芯片，-12V用7912芯片，+5V用2575芯片，317芯片用於輸出可變的電壓。
3.2方波產生
選用AVR 的CTC工作模式使單片機引腳輸出高電平，用定時器1控制延時時間，根據輸入的頻率時時更改。
3.3方波-三角波
由於頻率範圍在100HZ到500KHZ，我們將其分爲低頻和高頻，低頻可以通過低通濾波電路，高頻可以通過高通濾波電路。其中濾波電路的作用就是允許某段頻率範圍內的信號通過，而阻止或削弱其他頻率範圍的信號。有源濾波電路由電阻、電容和集成運算放大器組成，又稱爲有源濾波器。有源濾波器能 夠在濾波的同時還能對信號起放大作用，這是無源濾波無法做到的。根據濾波電路通過或者 阻止信號頻率範圍不同，可將濾波電路分爲低通、高通、帶通河帶阻電路。有源低通濾波電路能夠通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。
有源低通濾波電路性能參數：
增益計算公式：
截至頻率計算公式：
其通帶電壓放大倍數即爲同相比例放大電路的放大倍數：
，
其中
爲截至角頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。
經計算R2 R3選都爲200k，C1選0.01uf，C4選0.1uf，其他電阻選200k，100k，10k。電容選0.01uf。
3.4三角波-正弦波
用差分放大電氣可以將三角波轉換爲方波，我們根據差分對管的極性和特性二設計的電路，應爲差分放大器具有工作點穩定、輸入阻抗高、抗干擾能力強等優點。特別是做直流放大器是可以有效的控制零點漂移，因此可以將頻率最低的三角波變化成正弦波。其中調節三角波的幅度，濾波電容，濾除諧波分量，改善輸出波形。
3.5鍵盤輸入
此次設計鍵盤輸入用51單片機提供
3.6 LCD顯示
當AVR中斷INT1觸發式記次數，INT0觸發時將次數換算爲
頻率，送入到LCD顯示。
輸入按鍵的換算公式f_OCn=i*100Hz（1000Hz）（10000Hz）
其中f_OCn爲所需輸出頻率
i爲按鍵次數
當頻率爲100Hz~40KHz每按下一次計100Hz
41KHz~100KHz每按下一次計1000Hz
110KHz~500KHz每按下一次計10000Hz
當頻率過高時步長太短導致現象不明顯。
AVR換算公式爲：f_OCn=f_(clk__ I/O)/(2*N*(1+OCRn) )
其中f_(clk__ I/O)爲晶振頻率16MHz
N爲預分配,恆爲1
f_OCn爲所需輸出頻率
4.電路仿真
4.1穩壓源的仿真
經過變壓器後：
輸出電壓：
4.2積分器的仿真
電路：
仿真結果：
4.3差分放大電路仿真
電路：
仿真結果：
附：技術要求
基本要求
（1）信號發生器能產生正弦波、方波和三角波三種週期性波形。
（2）輸出信號頻率在 100Hz～500kHz 範圍內可調, 輸出信號頻率穩定度優於 10-3。可鍵盤輸入頻率。
（3）在 1k負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峯-峯值 Vo 在 0～5V 範圍內可調。可鍵盤輸入電壓。
（4）輸出信號波形無明顯失真。
（5）自制穩壓電源、鍵盤、顯示等。