电子信息工程毕业设计论文：多功能智能函数发生器设计

电子信息工程毕业设计论文：多功能智能函数发生器设计内容摘要：

2 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 0 . 5 / A D 5P 0 . 4 / A D 4P 0 . 3 / A D 3V C CK E YL 1C 1L 2L 3L 4C 2C 3C 4+ 5 VR 2 R 3R 4R 51 0 K 1 0 K1 0 K1 0 KA 0A 1+ 5 V+ 5 VC 1C 12 2 p F2 2 p FY 11 1 . 0 5 9 2 MC 3++ 5 V1 0 u FR S TS 11 0 KR 18 9 C 5 2 W R /P N T 1 /P N T 0 /P 3. 2E A /V PPA L E/ P R O GP S EN 图 单片机外围硬件电路 MAX038芯片介绍 MAX038 是美国 MAXIM 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、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％。 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 8 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℃。 6)低温度漂移： 200 PPM／℃。 7)低阻抗输出缓冲器： ； 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 1 82 01 91 71 61 51 41 31 21 11254367891 0O U TV G N DV +D V +D G N DS Y N CP D IP D OG N DI I NG N DF A D JD A D JC O S CA 1A 0R E FG N DG N DM A X IMM A X 0 3 8 图 MAX038芯片图 表 MAX038引脚说明 名 称 功 能 REF V带隙基准电压输出端 GND 地 A0 波形选择输入端， TTL／ CMOS兼容 A1 波形选择输入端， TTL／ CMOS兼容 COSC 外部电容连接端 GND 地 DADJ 占空比调整输入端 FADJ 频率调整输入端 GND 地 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 9 IIN 用于频率控制的电流输入端 GND 地 PDO 相位检波器输出端。 如果不用相位检波器则接地 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 SYNC TTL／ CMOS兼容的同步输出端，可由 DGND至 DV+间的电压作为基准 DGND 数字地。 让他开路使 SYNC无效，或是 SYNC不用 DV+ 数字 +5 V电源。 如果 SYNC不用则让他开路 V+ +5 V电源 GND 地 OUT 正弦波、方波或三角波输出端 V 5 V电源 1 频段调节控制 MAX038的输出频率和 CF电容与 IIN端的电流间的关系如表 所示。 固定一个CF值，当 IIN 端的电流从 2A 到 750A 的变化时，对应产生一个频段的频率范围。 经实验调整，选择了一系列的 CF 如表 所示，并确定了各 CF所对应的频段和频率范围 12ff。 由于系统通过 DAC 控制 IIN 端电流和 FADJ 端电压，将 各频段的频率范围划分为 65536 级间隔，因此各频段的输出误差为 ( 1 2 ) / 6 5 5 3 6f f f   1 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 10 0 . 111 01 0 01 K1 0 K1 0 M1 0 0 M1 0 0 K1 M1 0 011 0 1 0 0 0I I N电 流1 0 0 n f1 0 n f1 n f1 0 0 n f3 3 p f1 0 0 p f3 3 p f1 0 p f 图 输出频率与 IIN 电流及振荡电容 CF的关系 此外，由于相邻频段之间存在着频率重叠现象，并且考虑到各个频段对应的误差大小有所差异，因此设定各频段的实际起止频率围： f3～ f4，以便获得最小的误差。 表 输出波形频率范围与 CF的关系表 频段号 CF f1(2181。 A) f2(750181。 A) Δ f f3 f4 1 10pF 200kHz 65MHz 1kHz 600kHz 10MHz 2 1nF 2kHz 650kHz 10Hz 6kHz 600kHz 3 100nF 20Hz 60Hz 6kHz 4 10181。 F 65Hz 60Hz 在 5 脚 COCS 和 6 脚 GND 接上电容 FC 以后， 10 脚 IIN 是频率控制的电流输入端，利用恒定电流 INI 向电容 FC 充电和放电，便可形成振荡。 INI 是受 8脚 FADJ 和 7 脚 DADJ端电压的控制，振荡频率由下式确定。 0 REFF IN F IN FI VF C R C R C   (式 ) 因为要求的频率范围在 ～ 10MHz，分四个频段来满足要求，在每个频段上连续可调，由芯片内部参数可知道，当 2 ~ 750INI A A 时 ， FC 的容量范围可以在 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 11 10 ~ 10pF F 时，芯片有较好的性能。 因此，有（ ）式可知 REFIN INVR I (式 ) 当 2INIA 时， 2 .5 0 1 .2 52IN VRMA  ；当 750INIA 时 2 .5 0 3 .3 3750IN VRKA  ， 为了使数字控制能够使 2 ~ 750INI A A 实现，在 D/A转换模块使用图 阻连接方法。 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。 用式（ ）（ ）可以检验，确定表 生要求。 频率、幅值、占空比控制 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 .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 南昌航空大学科技学院 2020 届学士学位论文 12 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。 频率、占空比调节 MAX038的。