一、研究目的与意义
研究目的与意义：
函数信号发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供需要的已知信号，然后同其他仪表测量感兴趣的参数。它不是测量电路，而是根据使用者的要求作为激励源，仿真各种测量信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。
目前我国在研究信号发生器方面有可喜的成就。但总的来说，我国信号发生器没有形成真正的产业。中国函数发生器产业发展中出现的问题中，如产业结果不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能量消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。就目前国内的成熟产品来看，核心部分存在成本高、控制不方便、创新能力小等缺点，因此和国外相比技术存在比较大的差距，所以开发出高性价比的函数发生器，从而与国外技术有所比拼，并且打破国外技术垄断，对目前我国发展中的电子业来说，是具有刻不容缓的作用的。
随着电子技术的发展，电路测试对信号发生器的要求已经越来越高。除生成标准波形如正弦波、方波、三角波、脉冲波之外，信号发生器还要用于模拟输出一些不规则信号，以生成“实际环境”信号，包括在被测设备离开实验室或车间时可能遇到的毛刺、漂移、噪声和其它异常事件等。所有这些都要求信号发生器输出信号的参数如频率、波形、输出电压或功率等，能够在一定范围内进行更加精确的调整，并拥有更好的稳定性及输出指示。
目前市场上常见的信号发生器，按照价格与适用性大致可以分成高、中、低端，但由于品牌、型号冗繁，使用者在采购过程中面临很大难题。
低端产品：DDS技术提高产品适用性
通常价位在5,000元上下的信号发生器都是定位在普及水平的低端产品，这类产品由于性能指标的限制，多应用于教育和培训，常见如下图1-1所示：普源精仪的DG1000系列、石家庄无线电四厂的TFG2000系列、南京盛普的SPF05/SPF10和台湾固纬的SFG-830。
图1-1 低端波形发生器
这四家产品均来自中国厂商，安捷伦、泰克等几家国际大厂并没有在低端市场投入什么战斗力，这主要缘于普及型产品不断提升的技术成本——DDS技术的向下移植。
所谓DDS技术是直接数字合成技术(Direct Digital Synthesis)的简称，包括安捷伦、泰克、普源精仪等厂商的高性能信号源都基于DDS技术。该技术1971年3月由美国学者J.Tierncy、C.M.Rader和B.Gold最先提出，这是一种从相位概念出发直接合成所需要波形的新的全数字频率合成技术。同传统频率合成技术相比，DDS技术具有频率分辨率高、变频速度快、变频相位连续、相位噪声低等优点，易于功能扩展、便于全数字化集成、容易实现对输出信号的多种调制，是近年来任意波形发生器的基础。
中端产品：波形下载功能为设计检测提供有力支持
目前中端信号发生器的价格大致定位在万元左右，电子电路设计、功能检测、信号模拟这些工作越来越离不开任意波功能，选购时除关心传统信号源的缺陷之外，更应关心它的波形生成和下载能力，同时也要注意它的输出通道数，以便同步比较两信号的相移特性，进一步达到仿真实验状态。
图1-2 中端波形发生器
中端信号发生器中比较有价值的产品如上图1-2所示：安捷伦的33220A、泰克的AFG3021/3022和普源精仪的DG2000系列。在中端市场，以上三者竞争异常激烈，而作为兵家争夺重地的基本性能指标，就是招标过程中的第一个重要参考依据。
首先，采样率方面，安捷伦33220A是50MSa/s，普源精仪DG2000为100MSa/s, 泰克AFG3021/3022最高，达250MSa/s。其次，波形长度方面，普源精仪以512K遥遥领先，安捷伦与泰克同为6?K。第三，垂直分辨率方面相差不大。第四，屏幕显示方面，泰克的5.6英寸LCD效果较好，安捷伦与普源精仪为256×64 LCD。
另外，在军事、航空、交通、制造等领域中，有些电路运行环境很难估计，实验设计完成之后，在现实环境还需要作更进一步实验，有些实验的成本很高或者风险性很大(如火车高速实验时铁轨变换情况、飞机试机时螺旋桨的运行情况等)，人们不可能长期作实验判断所设计产品(高速火车、飞机)的可行性和稳定性等，这时就需要利用任意波形发生器的波形下载功能。在作一些复杂、费用高、风险性大的实验时，通过数字示波器等仪器把波形实时记录下来，然后通过计算机接口传输到信号发生器，直接下载到设计电路，便可更进一步多次重覆实验验证。在信号发生器市场，除了安捷伦、泰克、普源精仪之外，其它产品基本都没有USB HOST接口和任意波下载功能，这在很大程度上限制了它们的应用。
高端产品：高性能信号源注重产品设计细节
对于绝大部分工程师和研发人员来说，3万元人民币这就是高性能信号发生器的价格上限，目前市场中高端信号发生器主要包括下图1-3以下几种：安捷伦的33250A、泰克的AFG3101和普源精仪的DG3000系列。
图1-3 波形发生器
这些仪器中，泰克AFG3101的采样率表现不错，在波形长度16K以内时可达到1GSa/s，不过波形长度大于16K时是250MGa/s，普源精仪DG3000与安捷伦 33250A则分别稳定于300MGa/s、250MGa/s；存储深度和垂直分辨率方面33250A的6?K和12bit较为单薄，最小输出频率和波形长度方面AFG3101的1mHz和128K也略显不足；至于屏显，33250A、DG3000、AFG3101的屏幕分别是256×64单色液晶、4.0英寸彩色液晶、5.6英寸彩色液晶，后两者在显示复杂波形时将体现出优势。
此外，普源精仪 DG3000系列信号发生器是业界第一款带有数字逻辑输出功能(16路数据通道和2路时钟通道)的混合信号发生器(MSG)，性能指标稍低的DG2000系列也同样可以选装数字逻辑输出模块，配合模拟通道可以重现更多的混合信号。
最后，在高性能信号发生器的使用过程中，一些平时宣传较少的细节性问题实际上更应该得到关注，这些设计细节将提升用户的使用体验，提高信号发生器的性价比。
内支撑结构：采用镀锌板(在国内只有宝钢能够生产)，尽管成本高但坚固度强，无污染。产品外壳：ABS V0级材料，防火等级最高，离开明火1.6秒会自动熄灭。编码器：采用铁制有手感的编码器不易损坏。屏幕屏蔽：屏蔽后屏幕对信源的噪声影响降低，直接影响测量效果和测量精度。BNC接口：BNC为安费诺发明，是BNC制造商中的权威，用料考究使用合金无镀层材料，有效的减少了因镀层产生的对信号的干扰，造价是普通厂家的5倍以上。托底材料：采购价格是普通材料的8倍，但完全无毒，全球只有三家厂商生产。固屏胶带：3M胶条密封性好，胶制长久不失效，且双层密封有效阻止了灰尘进入液晶屏，增加了屏幕的使用寿命。电源风扇：磁轴承稳定性高，噪声小，使用寿命长。电源及主板突起部分：涂胶的目的增加抗震性和散热性。
随着电子信息技术的发展，信号发生器的用途更加广泛，但由于信号发生器功能越来越多，品牌、型号分布日趋复杂，单凭产品性能指标已经不能左右用户的选择，只有更具性价比、更有行业适用性、更方便工程师操作的产品才能获得用户的青睐。
二、研究的基本内容和方法
研究内容：
本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现正弦波、三角波、锯齿波、矩形波的发生。根据设计的要求，对各种波形的频率和幅度进行程序的编写，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。在程序的运行中，当接收到来自外界的信号，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的D/A转换和运算放大器处理后，从信号发生器的端口输出。
研究方法：
采用单片机编程的方法来实现。该方法可以通过编程的方法来控制信号波形的频率和幅度，而且在硬件电路不变的情况下，通过改变程序来实现频率的变化。此外，由于通过编程实现的是数字信号，所以信号的精度可以做的很高。此方法不仅软硬件结合，软件控制硬件的方法来实现，使得信号频率的稳定性和精确性得到保证，而且所需要的元器件价格合适，不会浪费。
三、研究条件和可能存在的问题及措施
研究条件：
本研究可以通过图书馆的藏书以及全文资料数据库进行查找和检索相关的国内外文献作为参考，同时依托所在学校的资源优势（计算机软硬件、网络设备及网络安全设备等），本研究的开展与实施具备了必要的条件。
可能存在的问题及措施：
问题： （1）程序调试不成功。
（2）算法不合理。
措施： （1）查出程序出问题的地方，逐步修改。
（2）上网查资料或者向同学求助解决。
四、预期的结果
设计出一个功能和准确度有保证的函数发生器，既能产生各种波形，又能以数字形式显示新产生波形的频率和幅值，且能控制。
五、研究工作进度安排
设计（论文）各阶段名称
起 止 日 期
1
设计准备（熟悉编程环境、查阅资料、完成外文翻译、文献综述、开题报告等）
11.15 ～12.31
2
需求分析
1.6～2.6
3
编制程序模块并测试
2.7～4.17
0
4
系统集成
4.18～4.19
5
毕业论文撰写与论文答辩
4.20～5.29
六、主要参考文献
主要参考文献：
[1] 程全.基于AT89C52 实现的多种波形发生器的设计[J].周口师范学院学报,2005,22(5):57~58.
[2] 周明德.微型计算机系统原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2002:341~346.
[3] 刘乐善.微型计算机接口技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001:258~264.
[4] 童白诗.模拟电路基础[M].北京:高等教育出版社,2000:171~202.
[5] 杜华.任意波形发生器及应用[J].国外电子测量技术,2005,1:38~40.
[6] 张友德.单片机微型机原理、应用与实践[M].上海:复旦大学出版社,2004:40~44.
[7] 程朗.基于8051 单片机的双通道波形发生器的设计与实现[J].计算机工程与应用,2004,8:100~103.
[8] 张永瑞.电子测量技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006:61~101.
[9] 李叶紫.MCS-51 单片机应用教程[M].北京:清华大学出版社,2004:232~238.
[10] Ng. B. P. Designing Array Patterns with Optimun Inter-element spacings and Optimun Weights Using a Computer-aided Approach[J]. Int. J. Elect. 2003.
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