基于max038信号发生器的设计

基于max038信号发生器的设计内容摘要：

件设计的优点 : （ 1）利用计算机将标准信号的幅度值经过采样、量化、编码将连续的幅值变成有限采样点的幅值， 简化了计算公式，简化了程序，降低了编程难度。 （ 2）大大减少了所占内存量，使单片机硬件外围电路简化、降低成本。 键盘输入 单片机 AT89C52控制选择 Pc 输入 滤波功率放大 CD4051 数控模拟电子开关 MAX038 信号产生 78 和 79 系列集成电源 东华理工 大学 毕业设计（论文） 函 数信号发生器的方案设计 6 本章小结 本章以几种常用标准波形为设计的出发点，根据平时实验和运用中提出的技术指标要求，在分析相关资料的基础上分析论证了函数信号发生器的总体方案及硬件设计和软件设计的具体方案。 采用本设计方案的优点在于应用单片机设计易于实现对波形的转换和对频率的大小和幅度的幅值的计算和控制，并可以通过简单接口电路，实现仪器的智能化，实际电路并不增加太多的元件和复杂的设计；因此采用这种方案是合理的。 具体各个电路 模块的设计在下一章会作详细的介绍。 东华理工 大学 毕业设计（论文） 总结 7 3 整机系统的硬件电路设计 信号发生部分电路的设计 MAX038 芯片的介绍 MAX038 是美国 MAXIM（马克希姆）公司应市场的需求而研制的单片集成高频精密函数发生器，具有较高的频率特性、频率范围很宽、功能较全、单片集成化、外围电路简单、使用方便灵活等特点。 内有主振荡器、波形变换电路、波形选择多路开关、 基准电压源、相位检测器、同步脉冲输出及波形输出驱动电路等。 其主要优点有： 1)能精密地产生三角波、锯齿 波、矩形波（含方波）、正弦波信号。 2)频率范围从 ～ 20MHz，最高可达 40MHz，各种波形的输出幅度均为 2V 3)占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是 10％～ 90％。 4)波形失真小，正弦波失真度小于 ％，占空比调节时非线性度低于 2％。 5）采用 177。 5V 双电源供电，允许有 5％变化范围，电源电流为 80mA，典型功耗 400mW，工作温度范围为 0～ 70℃。 8)内设 电压基准，可利用该电压设定 FADJ、 DADJ 的电压值，实现频率微调和占空比调节。 芯片引脚及功能 图 312 MAX038 引脚图 东华理工 大学 毕业设计（论文） 总结 8 表 312 MAX038引脚名称及功能 引脚号 名 称 功 能 1 REF V带隙基准电压输出端 2 GND 地 3 A0 波形选择输入端， TTL／ CMOS兼容 4 A1 波形选择输入端， TTL／ CMOS兼容 5 COSC 外部电容连接端 6 GND 地 7 DADJ 占空比调整输入端 8 FADJ 频率调整输入端 9 GND 地 10 Iin 用于频率控制的电流输入端 11 GND 地 12 PDO 相位检波器输出端。 如果不用相位检波器则接地 13 PDI 相位检波器基准时钟输入端。 如果不用相位检波器则接地 14 SYNC TTL／ CMOS兼容的同步输出端，可由 DGND至 DV+间的电压作为基准 15 DGND 数字地。 让他开路使 SYNC无效，或是 SYNC不用 16 DV+ 数字 +5 V电源。 如果 SYNC不用则让他开路 17 V+ +5 V电源 18 GND 地 19 OUT 正弦波、方波或三角波输出端 20 V 5 V电源 MAX038 内部还有正弦整形电路、比较器、复 用器以及鉴相器电路，它们共同实现了正弦波、三角波、锯齿波、矩形波和脉冲波的生成。 MAX038 的工作原理 MAX038 内部框图如图 323 所示。 该芯片工作电源采用正负 5 伏，功耗为 400mW。 内部提供 基准电压，通过外接可调电阻 R3， R1 向震荡电流发生器的 IIN 端和FDAJ 端提供频率粗调电流和频率细调电压；通过 R2 向 DADJ 端提供脉冲占空比调节电压。 这三种参数经震荡电流发生器处理后，向振荡器提供充电电流，该电流对外接电容 Cf充电，形成震荡，产生三角波信号 A,B,C,信号 A 送正弦波形成电路 产生正弦波；信号 B， C 送入比较器 1，产生方波。 此两路波形连同 A 路输出的三角波同时送入混合器，有 A0， A1 控制端选择其中的一种波形输出，其逻辑关系是，当 A1 为 1东华理工 大学 毕业设计（论文） 总结 9 时，输出正弦波；当 A0A1=00 时输出方波，脉冲波；当 A0A1=10 时，输出三角波，锯齿波。 另外，信号 A送入比较器 2，产生同步信号 SYNC，公外围电路使用；信号 B,C送入相位检波器，产生 PDO信号和 PDI 信号，供锁相环电路（ PLL 使用）。 值得一提的是，调节 R3 将改变 DADJ 端输入电压的大小，使三角波的对称性发生变化，从而形成锯齿波，并调节脉冲波的占空 比。 由此可见，要使正弦波的失真度最小，必须将完全堆成的三角波输入正弦波形成电路。 图 313MAX038 内部框图 频率 、 幅值与占空比的控制 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. 29 15 ) ( 1 0. 29 15 ) /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，东华理工 大学 毕业设计（论文） 总结 10 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 314 所示。 表 341 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。 MAX038 外围硬件电路 该部分用上了一个 CD4051 芯片，即单 8 通道数字控制模拟电子开关，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，外围电路图如图 315： 东华理工 大学 毕业设计（论文） 总结 11 图 315MAX038外围硬件电路 滤波部分电路的设计 信号在产生的过程中存在着一定的谐波分量，这些分量叠加在有用信号上使输出波形产生一定的畸变，因此要在输出端经过一级滤波处理，滤除多余的谐波分量，使输出信号更加平滑。 对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率范围内的信号顺利通过，而阻止其他频率信号通过。 滤波电路的原理 本设计滤波电路 采用 的滤波器原理是建立在 二阶压控电压源低通滤波器 的基础之上的。 二阶压控电压源低通滤波器 电路 如图 321 所示。 它由两 阶 RC 滤波器和同向 比例 放大电路 组成。 其中同相 比例 放大实际上就是所谓的压控电压源，它的电 压增益就是低通滤波器的通带电压增益。 即 Aup = 1 +Rf/R1 (31) 从低通滤波器的通带电压增益的计算式子可看出，只要通过改变 Rf和 R1比值就可以达到改变低通滤波器的通带电压增益 Aup 大小的目的，那么调节 Rf和 R1比值，即可对波形的幅度进行一定范围内的调节。 接下来我们计算一下 二阶低通滤波器传递函数。 设 C1=C2=C， A。