【正文】 設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 2 2．系統(tǒng)概述和方案設(shè)計(jì) 概述 信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器 ， 在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器 ， 在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中 ， 都需要射頻（高頻）發(fā)射 ， 這里的射頻波就是載波 ， 把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去 ， 就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。 方案論證與比較 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種： 方案一：用分立元件組成的函數(shù)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高 ， 其工作不很穩(wěn)定 ， 不易調(diào)試。鑒于此 ， 美國(guó)馬克西姆公司開(kāi)發(fā)了新一代函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICMAX038， 它克服了方案二中芯片的缺點(diǎn) ， 可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo) ，是上述芯片望塵莫及的。但成本較高。 方案四：能產(chǎn)生任意波形且達(dá)到很高的頻率 ， 但是成本較高。 MAX038 芯片介紹 MAX038 是美國(guó) MAXIM（馬克希姆）公司應(yīng)市場(chǎng)的需求而研制的單片集成高頻精密函數(shù)發(fā)生器 ， 具有較高的頻率特性、頻率范圍很寬、功能較全、單片集成化、外圍電路簡(jiǎn)單、使用方便靈活等特點(diǎn)。 4)波形失真小 ， 正弦波失真度小于 ％ ， 占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于 2％。 7)低阻抗輸出緩沖器： ； 8)內(nèi)設(shè) 電壓基準(zhǔn) ， 可利用該電壓設(shè)定 FADJ、 DADJ 的電壓值 ， 實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。讓他開(kāi)路使 SYNC 無(wú)效，或是 SYNC 不用 16 DV+ 數(shù)字 +5 V 電源。當(dāng)兩路輸入信號(hào)的相位差為 90 時(shí)，輸出電流的占空比為 50%，平均值為 250A? 。 5 2 單 片 機(jī) 4 4 鍵 盤(pán)M A X 0 3 8波 形 選 擇占 空 比 調(diào) 節(jié)頻 率 調(diào) 節(jié)放 大 電 路波 形 輸 出 圖 系統(tǒng)框圖 MAX038 的輸出頻率主要受振蕩電容 CF ， IIN 端電流和 FADJ 端電壓的控制 ， 其中前二者與輸出頻率的關(guān) 系如圖 所示。首先 ， 通過(guò) DACB 產(chǎn)生 0V(00H)到 (0FFH)的輸出電壓 ， 經(jīng)電壓 / 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) ， 產(chǎn)生 0μ A 到 748μ A 的電徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 7 流 ， 疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的 2μ A電流 ， 最終對(duì) IIN 端形成 2μ A到 750μ A 的工作電流 ， 使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。 頻段 調(diào)節(jié)控制 MAX038的輸出頻率和 CF電容與 IIN 端的電流間的關(guān)系如表 所示。 表 輸出波形頻率范圍與 CF的關(guān)系表 頻段號(hào) CF f1(2181。 INI 是受 8腳 FADJ 和 7腳 DADJ 端電壓的控制 ， 振蕩頻率由下式確定。 MAX038的 10腳 IIN有 2A? 的電流輸入。 頻率、幅值、占空比 控制 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 9 MAX038的核心部分是一個(gè)電流控制的振蕩器，通過(guò)恒定電流對(duì)外部電容 CF充電和放電，獲得三角波、方波和正弦波信號(hào)輸出。 時(shí)，調(diào)制頻偏為 177。在 FADJ和 DADJ端口的內(nèi)部，設(shè)置了 250A? 的下拉電源流，可簡(jiǎn)化外部電路設(shè)計(jì)，僅用電阻 FR （ 連接引腳 FADJ和 基準(zhǔn)電壓的可變電阻 ） 和（連接引腳 DADJ和 基準(zhǔn)電壓的可變電阻）就可以對(duì)頻偏和占空比進(jìn)行調(diào)整。本系統(tǒng)共有 8個(gè)頻段供切換，輸出頻率范圍與 FC 的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 下 表 所示。這個(gè)電壓源對(duì)整機(jī)的性能很重要，因?yàn)楦骺刂齐娐肪枰搮⒖驾斎搿? ● 其次，高頻大信號(hào)放大要求放大電路有足夠的輸出 電壓轉(zhuǎn)換速率。 接著介紹了 MAX038 集成函數(shù)發(fā)生器芯片的性能與特點(diǎn)，并分析了改芯片的結(jié)構(gòu)組成和各模塊的功能。 信 號(hào) 發(fā) 生 芯 片M C U譯 碼 電 路 運(yùn) 放 幅 度 控 制顯 示 模 塊波 形 信 號(hào) 檢 測(cè)鍵 盤(pán) 輸 入 控 制波 形 選 擇 占 空 比 控 制幅 度 調(diào) 節(jié)波 形 輸 出 圖 總設(shè)計(jì)原理布局圖 基于 MAX038 的單片機(jī)多波調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生器主要由單片機(jī) AT89C5 MAX038構(gòu)成 ， 如圖 所示。 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 12 個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ， 2個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫(xiě) 口 。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 3個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式 對(duì)外接電容 C1， C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求 ， 但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性 ， 這里選擇使用石英晶 體 。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 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 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 圖 單片機(jī)外圍 硬件 電路 頻率、占空比調(diào)節(jié) MAX038的占空比的調(diào)整有兩種方式，一種時(shí)利用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源調(diào)整，另一種是利用外加電源調(diào)整，為使電路簡(jiǎn)單，采用第一種調(diào)整方式。 將使頻率偏移或引起不穩(wěn)定。這三種波形同時(shí)送入混合器 ，由 A0， A1 選擇輸出。 OUT 為 MAX038 的信號(hào)波形輸出，送至放大電路。為了得到更大的輸出幅度和驅(qū)動(dòng)能力，就需要對(duì)波形信號(hào)作進(jìn)一步處理，圖 給出了一個(gè)波形輸出與驅(qū)動(dòng)電路。 12V 的輸出擺幅，且輸出電流最大可達(dá) 100mA，完全可以滿足峰峰值要求。外接 9V交流電輸入，經(jīng)絕對(duì)值電路， 然后濾波通過(guò)7805， 7905產(chǎn)生 177。 7 8 0 57 9 0 5Q L 1C 3C 51 0 51 0 5C 4C 61 0 51 0 5E 1E 2E 0E 31 0 0 μ F 2 5 V1 0 0 μ F 2 5 V2 2 0 0 μ F 3 5 V2 2 0 0 μ F 3 5 V+++++ 5 V 5 V7 8 1 27 9 1 2+ 1 2 V 1 2 V圖 電源電路圖 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 18 鍵盤(pán)設(shè)計(jì) 軟件需要實(shí)現(xiàn)的主要功能是檢測(cè)鍵盤(pán)的輸入，根據(jù)輸入結(jié)果選擇相應(yīng)的波形信號(hào)。 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 19 4． 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 流程圖 主程序流程圖 初 始 化鍵 盤(pán) 掃 描鍵 碼 為 1 1鍵 碼 為 2 1鍵 碼 為 3 1輸 出 正 弦 波輸 出 矩 形 波輸 出 三 角 波開(kāi) 始YYYNNN 圖 主程序流程圖 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 20 5. 系統(tǒng)分析 總結(jié) 與展望 采用 MAX038 芯片制作函數(shù)信號(hào)發(fā)生器隨設(shè)計(jì)思想不同 ， 具有多種方法 ， 本文只是 其中一種可 實(shí)現(xiàn)的方法。 由于使用了單片機(jī)作 為電路的控制核心 ， 整個(gè)波形發(fā)生器具有成本低 ， 可靠性高 ， 體積小巧 、 易于攜帶 ， 功耗低 ， 輸出波形優(yōu)良 ， 使用方便等優(yōu)點(diǎn)。具體有： ① MAX038的模擬電源和數(shù)字電源需要分開(kāi) ，在供電時(shí)要分別供電，即分別取自不同的電源，以防數(shù)字信號(hào)通過(guò)電源線干擾模擬部分；同樣模擬地和數(shù)字地的處理也要慎重， PCB板上要用 低阻地平面分別將模擬地和數(shù)字地連接，然后 在某一點(diǎn)上將兩地相連。消除這兩種徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 21 現(xiàn)象的有效辦法就是在片子的電源引腳與地之間加上適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娙?，一般使?μ F以上的優(yōu)質(zhì)電容。老師淵博的學(xué)識(shí)，謙虛、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、靈活的思維方式、認(rèn)真的工作作風(fēng)和對(duì)學(xué)生的關(guān)心都令我佩服不已，諄諄教誨使我受益匪淺，這必將在今后的學(xué)習(xí)和工作中給我鼓勵(lì)和鞭策，為以后步入社會(huì)、適應(yīng)工作奠定良好的基礎(chǔ)。 // 按鍵值 sbit A0 = P2^0。 endif /* 用于鍵消抖的延時(shí)函數(shù) */ void delay() { uchar i。 } /* 鍵掃描函數(shù) */ uchar keyscan(void) 徐州師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 多 波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 的設(shè)計(jì) 26 { uchar scancode,tmpcode。 // 延時(shí)去抖動(dòng) if ((P1amp。 // 輸出行掃描碼 if ((P1amp。 } else scancode = (scancode1)|0x01。 // 調(diào)用鍵盤(pán)掃描函數(shù) delay()。 case 0x21: // 第 1行第 2列，選擇矩形波輸出 A0 = 0。 A1 =