多波型函数信号发生器设计(编辑修改稿)

多波型函数信号发生器设计(编辑修改稿)内容摘要：

IN INVR I () 当 2INIA 时 ， 0 52IN VRMA  ；当 750INIA 时 ， VRKA  ， 为了使数字控制能够使 2 ~ 750INI A A 实现 ， 我们在D/A转换模块使用图。 当数字量为 00H时 ， OUTbV 输出为0V。 MAX038的 10脚 IIN有 2A 的电流输入。 当数字量为 FFH时 ， OUTbV 输出为基准电压。 MAX038的 10脚 IIN有 750A 的电流输入。 用公式（ ）（ ）可以检验 ， 确定表 面频率产生要求。 频率、幅值、占空比 控制 徐州师范大学本科生毕业设计 多 波形函数信号发生器 的设计 9 MAX038的核心部分是一个电流控制的振荡器，通过恒定电流对外部电容 CF充电和放电，获得三角波、方波和正弦波信号输出。 充放电电流由流进 MAX038的 IIN引脚的电流控制，由加在引脚 DADJ、 FADJ上的电压调整。 电路的振荡频率为：0 ( 1 0 . 2 9 1 5 ) ( 1 0 . 2 9 1 5 ) /F A D J IN F A D J Ff f V I V C   波形的占空比为： DADJTV。 当 时， IIN可设为 0FADJVV 时， INI 可设为 2~750 A ，对应中心频率 为 350:1的变化；当 FADJV  177。 时，调制频偏为 177。 70%。 DADJV 控制外部电容 FC 充、放电电流的比值，当 0DADJVV 时，波形的占空比为 50%；当 DADJV 177。 ，占空比为 10%～ 90%。 在 FADJ和 DADJ端口的内部，设置了 250A 的下拉电源流，可简化外部电路设计，仅用电阻 FR （ 连接引脚 FADJ和 基准电压的可变电阻 ） 和（连接引脚 DADJ和 基准电压的可变电阻）就可以对频偏和占空比进行调整。 IIN引脚由内部的运放强制为虚地，故仅用电阻 INR 就能调整输入电流 INI ，实现中心频率的调节。 的基准电压源主要用于提供 INI 电流和FADJV 、 DADJV 电压，其温度系数典型值为 20ppm/℃ ，负载电流小于 4mA。 通过控制 8 选 1 模拟开关 CD4051 来选择 FC 的电容量，从而确定频率范围。 本系统共有 8个频段供切换，输出频率范围与 FC 的对应关系如 下 表 所示。 表 输出频率范围与 FC 的对应关系 波段 FC 电容值 频率范围 1 20pF 2MHz～ 20MHz 2 100pF 200kHz～ 2MHz 3 1000pF 20kHz～ 200KHz 4 F 2KHz～ 20KHz 5 F 200Hz～ 2KHz 6 1μ F 20Hz～ 200Hz 7 10μ F 2Hz～ 20Hz 8 100μ F ～ 2Hz MAX038 内部有一个 的基准电压源，由 REF 引脚输出。 基准电压源由两个 LF353 及电阻电容组成，分别组成放大倍数为 ＋ 1和 － 1 的缓冲器，因而得到徐州师范大学本科生毕业设计 多 波形函数信号发生器 的设计 10 177。 的基准电源。 这个电压源对整机的性能很重要，因为各控制电路均需要该参考输入。 在应用中， MAX038 通常可以单独承担函数信号输出的功能，通过外部的电阻和电容的调节，完成特定频率和幅值的信号输出。 输出信号的放大处理 由于 MAX038 的输出信号为恒定的 2V（ pp），且输出电流不高，所以必须在输出级至少有一级放大电路来提供足够的输出电压和电流，以满足一般使用要求。 以下是放大电路设计的几点考虑： ● 首先，放大电路要求具有很高的频宽，因为输出信号最大基频为 20MHz，其三角波和矩形波的高次谐波成分很 高，只有高宽频才能得到不失真的输出波形。 ● 其次，高频大信号放大要求放大电路有足够的输出 电压转换速率。 ● 另外，要带动低阻负载，放大电路的电流输出能力也是个重要参数。 要在 1KΩ 负载上输出 5V 信号，则放大器至少要有的连续电流输出能力。 本章小结 本章主要讲述了基于 MAX038 芯片的多波形函数信号发生器的设计原理，该方案能产生正弦波、三角波和方波。 接着介绍了 MAX038 集成函数发生器芯片的性能与特点，并分析了改芯片的结构组成和各模块的功能。 随后介绍了由 MAX038构成的 10Hz～ 100KHz 多功能 信号源的设计过程。 徐州师范大学本科生毕业设计 多 波形函数信号发生器 的设计 11 3．系统硬件的设计 依据 MAX038输出频率的数控调节原理 ， 配合单片机控制 ， 我们可以实现数控的函数信号发生器。 系统总体设计 整机由图 ， 分别是电源产生电路 ， 频段选择电路 ，按键电路 ， 单片机外围控制电路（包括信号的占空比 ， 频率 ， 幅度控制电路）。 信 号 发 生 芯 片M C U译 码 电 路 运 放 幅 度 控 制显 示 模 块波 形 信 号 检 测键 盘 输 入 控 制波 形 选 择 占 空 比 控 制幅 度 调 节波 形 输 出 图 总设计原理布局图 基于 MAX038 的单片机多波调频信号产生器主要由单片机 AT89C5 MAX038构成 ， 如图 所示。 由 AT89C52 的 和 ， AT89C52 通过产生控制电压并以近似线性的规律来调制频率和占空比。 单片机介绍及外围电路 AT89C52 是 51系列单片机的一个型号，它是 ATMEL 公司生产的。 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 型 8位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存 储单元。 AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2徐州师范大学本科生毕业设计 多 波形函数信号发生器 的设计 12 个外中断口， 3个 16 位可编程定时计数器 ， 2个全双工串行通信口， 2 个读写 口。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统 8k可反复擦写 (1000 次） Flash ROM 32个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 024MHz 2个串行中断 可编程 UART 串行通道 2个外部中断源 共 6 个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器 ， 引脚 XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 外接石英晶体及电容 C1， C2接在放大器的反 馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 C1， C2虽然没有十分严格的要求 ， 但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性 ， 这里选择使用石英晶 体。 也可以采用外部时钟。 采用外部时钟的电路的情况时 ， 外部时钟脉冲接到 XTAL1端 ， 即内部时钟发生器的输入端 ， XTAL2则悬空。 徐州师范大学本科生毕业设计 多 波形函数信号发生器 的设计 13 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1P 1 . 3P 1 . 2R x D / P 3 . 0T x D / P 3 . 1I N T 0 / P 3 . 2I N T 1 / P 3 . 3T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5W R / P 3 . 6R D / P 3 . 7X T A L 2X T A L 1G N DR S TP 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 2 . 2 / A 1 0P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2E A / V P PA L E / P R O GP S E NP 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 0 . 7 / A D 7P 0 . 6 / A D 6P 0 . 5 / A D 5P 0 . 4 / A D 4P 0 . 3 / A D 3V C CA T 8 9 C 5 2 图 AT89C52芯片外观及引脚 图 中的芯片 是 Atmel公司的单片机芯片 AT89C52，工作在 ，其 MAX038的 A0和 A1相连，用于选择输出波形； KEY为单片机的外围 4 4键盘接口，它和单片机的 ～ ， ～ 1～ 4，～ 1～ 4。 徐州师范大学本科生毕业设计 多 波形函数信号发生器 的设计 14 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 2 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83 94 0T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1P 1 . 3P 1 . 2R x D / P 3 . 0T x D / P 3 . 1T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5R D / P 3 . 7X T A L 2X T A L 1G N DR S TP 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 2 . 2 / A 1 0P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 0 . 7 / A D 7P 0 . 6 / A D 6P。