[摘要]本设计以max038集成块为核心器件,与单片机、d/a转换器构成多波形信号发生器。信号的产生主要由max038和外围电路完成,单片机通过d/a转换器对max038的控制,实现频率和幅度的调控,产生从10hz~10mhz的低失真正弦波、三角波、矩形波等信号。通过2x8键盘可以设定输出信号的频率及电压值,并可以用液晶显示smc1602a显示输出信号的类型、频率步进和设定频率(幅度)值。
[关键词]信号发生器 max038 单片机
一、设计指标
信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形,输出信号频率在10hz~1mhz范围内可调,输出信号频率可分段调节:在10hz~1khz范围内步进间隔为10hz;在1khz~1mhz范围内步进间隔为1khz。输出信号频率值可通过键盘进行设置;输出信号频率稳定度优于10-3;在1k(负载条件下,输出正弦波信号的电压峰-峰值vopp在0~5v范围内可调;输出信号波形无明显失真。
二、总体设计
美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器max038,利用单片集成芯片产生多种波形,达到较高的频率,且易于调试。本信号发生器主要是由max038芯片产生,我们希望输出的正弦波、方波、三角波。它是本制作的核心,通过键盘输入,单片机at89s52可控制max038的输出波形类型的选择,并可由键盘设定电压值及频率,再经由单片机程控输出数字信号,经过d/a转换器输出对max038的实现频率和幅度的调控。系统的基本结构框图如1所示。
三、系统参数分析及硬件电路设计
max038是maxim公司生产的一个精密高频波形产生器,其基本特性为:可产生正弦波、三角波、方波及脉冲波;输出频率可以由内部的2.5v带隙电压基准及一个外部电阻和电容器控制,频率范围为0.1 hz~20 mhz;占空比变化范围为15%~85%,正弦波失真低于0.75%;温度漂移为2x10-4/0c;所有的输出波形都是对称于地电位的2v(峰-峰值)信号;电源电压为±5v;工作温度范围为-40~+800c。图2是管脚排列图,max038采用dip-20封装。
在max038中,波形的选择由a0和a1两个输入引脚的逻辑电平设定:当a0=0或1、a1=1时为正弦波;当a0=0、a1=0时输出矩形波;当a0=1、a1=0时输出三角波。在本设计中,利用软件编程实现单片机对i/0口控制达到对a0、a1的控制,从而改变波形信号类型的输出。
max038的输出频率f0由iin引脚的电流,fadj端电压和主振荡器cosc的外接对地电容量cf三者共同确定。当ufadj=0时,输出频率由公式f0=iin/cf给出。? 式中, f0是输出频率,单位mhz;iin是管脚输入电流,单位μa;cf是决定输出频率的串入电容值,单位pf。当ufadj≠0v时,输出频率f0=f(1-0.2915ufadj)。
在本设计中,fadj引脚接地,max038的频率控制电压由12位ad7543提供,经rin=50kω的电阻进入iin引脚,电路连接如图3所示。
设iin输入端电压为vin,串接电阻为rin,则有公式:f0=vin/〔rin×cf〕。式中,f0是输出频率,单位mhz;vin是输入端电压,单位v;rin是串接电阻,单位ω;cf是决定输出频率的串入电容值,单位pf。由rin=50kω,我们设定vin的范围0.5~5v,这样针对某一电容的选择就可确定输出频率范围,即频段。本设计中应用拨码开关选通不同的cf值,根据公式(2),通过计算,将整个输出信号分为六个频段:10hz——100hz 、100hz ——1khz 、1khz——10khz 、10khz——100khz 、100khz——1mhz、1mhz——10mhz。要想得到各个频率段内的频率,就可以拨动开关选择相配电容启动频段。为简化电路,各种波形的占空比固定为50%,这已能满足多数场合的使用要求。为此将max038的脚7dadj端接地。
单片机控制max038的a0、a1口任意选择一路波形信号输入幅度控制器。幅度调整后的信号经运放lm324缓冲驱动输出。这里幅度控制器也由ad7543实现,正弦波或方波或三角波送入ad7543的vref端。ad7543在这里起数控电位器的作用,电路图如图4所示。
输出vout=(n/212)vin,其中vin=vref;n为幅度控制值(即ad7543数字输入值)。
四、信号发生器软件设计
系统使用芯片zlg7290对键盘控制,驱动8x2个键盘共16个键,其中10个数字键(0~9),6个为功能键,功能分别是:波形类型选择键、频率步进加减键、峰峰值加减键、确定/取消键,功能选择有相应的显示提示。主程序流程图如图5所示。
五、结束语
本系统在以max038为核心部件,单片机和da转换器的共同工作下,频率输出范围在10hz~10mhz内,峰—峰值在负载下能实现0~5v可调,并且可通过液晶显示其输出波形类型,幅度和步进。较好地完成了基本部分和发挥部分的要求,其性能基本上达到了题目的要求。
参考文献:
[1]王彦朋.大学生电子设计与应用.中国电力出版社, 2007.
[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训.北京航空航天大学出版社,2007.
[3]赵建领.51系列单片机开发宝典.电子工业出版社,2007.
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