【文章內(nèi)容簡介】 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 圖 單片機(jī)外圍硬件電路 MAX038芯片介紹 MAX038 是美國 MAXIM 公司應(yīng)市場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、外圍電路簡單、使用方便靈活等特點(diǎn)。內(nèi)有主振蕩器、波形變換電路、波形選擇多路開關(guān)、 基準(zhǔn)電壓源、相位檢測器、同步脈沖輸出及波形輸出驅(qū)動電路等。其主要優(yōu)點(diǎn)有： 1)能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波、方波、正弦波信號。 2)頻率范圍從 ～ 20MHz，最高可達(dá) 40MHz，各種波形的輸出幅度均為 2V 3)占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍是 10％～ 90％。 4)波形失真小，正弦波失真度小于 ％，占空比調(diào)節(jié)時非線性度低于 2％。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 8 5）采用177。 5V雙電源供電，允許有 5％變化范圍，電源電流為 80mA，典型功耗 400mW，工作溫度范圍為 0～ 70℃。 6)低溫度漂移： 200 PPM／℃。 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)。 芯片引腳 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 圖 MAX038芯片圖 表 MAX038引腳說明 名 稱 功 能 REF V帶隙基準(zhǔn)電壓輸出端 GND 地 A0 波形選擇輸入端， TTL／ CMOS兼容 A1 波形選擇輸入端， TTL／ CMOS兼容 COSC 外部電容連接端 GND 地 DADJ 占空比調(diào)整輸入端 FADJ 頻率調(diào)整輸入端 GND 地 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 9 IIN 用于頻率控制的電流輸入端 GND 地 PDO 相位檢波器輸出端。如果不用相位檢波器則接地 PDI 相位檢波器基準(zhǔn)時鐘輸入端。如果不用相位檢波器則接地 SYNC TTL／ CMOS兼容的同步輸出端，可由 DGND至 DV+間的電壓作為基準(zhǔn) DGND 數(shù)字地。讓他開路使 SYNC無效，或是 SYNC不用 DV+ 數(shù)字 +5 V電源。如果 SYNC不用則讓他開路 V+ +5 V電源 GND 地 OUT 正弦波、方波或三角波輸出端 V 5 V電源 1 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。固定一個CF值，當(dāng) IIN 端的電流從 2A? 到 750A? 的變化時，對應(yīng)產(chǎn)生一個頻段的頻率范圍。經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)整，選擇了一系列的 CF 如表 所示，并確定了各 CF所對應(yīng)的頻段和頻率范圍 12ff? 。由于系統(tǒng)通過 DAC 控制 IIN 端電流和 FADJ 端電壓，將 各頻段的頻率范圍劃分為 65536 級間隔，因此各頻段的輸出誤差為 ( 1 2 ) / 6 5 5 3 6f f f? ? ? 1 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 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電 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 圖 輸出頻率與 IIN 電流及振蕩電容 CF的關(guān)系 此外，由于相鄰頻段之間存在著頻率重疊現(xiàn)象，并且考慮到各個頻段對應(yīng)的誤差大小有所差異，因此設(shè)定各頻段的實(shí)際起止頻率圍： f3～ f4，以便獲得最小的誤差。 表 輸出波形頻率范圍與 CF的關(guān)系表 頻段號 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 腳 COCS 和 6 腳 GND 接上電容 FC 以后， 10 腳 IIN 是頻率控制的電流輸入端，利用恒定電流 INI 向電容 FC 充電和放電，便可形成振蕩。 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。 0 REFF IN F IN FI VF C R C R C? ? ? (式 ) 因?yàn)橐蟮念l率范圍在 ～ 10MHz，分四個頻段來滿足要求，在每個頻段上連續(xù)可調(diào)，由芯片內(nèi)部參數(shù)可知道，當(dāng) 2 ~ 750INI A A??? 時 ， FC 的容量范圍可以在 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 11 10 ~ 10pF F? 時，芯片有較好的性能。 因此，有（ ）式可知 REFIN INVR I? (式 ) 當(dāng) 2INIA?? 時， 2 .5 0 1 .2 52IN VRMA?? ? ?；當(dāng) 750INIA?? 時 2 .5 0 3 .3 3750IN VRKA?? ? ?， 為了使數(shù)字控制能夠使 2 ~ 750INI A A??? 實(shí)現(xiàn)，在 D/A轉(zhuǎn)換模塊使用圖 阻連接方法。當(dāng)數(shù)字量為 00H時， OUTbV 輸出為 0V 。 MAX038的 10腳 IIN有 2A? 的電流輸入。當(dāng)數(shù)字量為 FFH時， OUTbV 輸出為基準(zhǔn)電壓 。 MAX038的 10腳 IIN有 750A? 的電流輸入。用式（ ）（ ）可以檢驗(yàn)，確定表 生要求。 頻率、幅值、占空比控制 MAX038的核心部分是一個電流控制的振蕩器，通過恒定電流對外部電容 CF充電和放電，獲得三角波、方波和正弦波信號輸出。充放電電流由流進(jìn) MAX038的 IIN引腳的電流控制，由加在引腳 DADJ、 FADJ上的電壓調(diào)整。電路的振蕩頻率為：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? ? ? ?波形的占空比為： DADJTV?? 。當(dāng)時， IIN可設(shè)為 0FADJVV? 時， INI 可設(shè)為 2~750 A? ，對應(yīng)中心頻率為 350:1的變化；當(dāng) FADJV ? 177。 時，調(diào)制頻偏為177。 70%。 DADJV 控制外部電容 FC 充、放電電流的比值，當(dāng) 0DADJVV? 時，波形的占空比為 50%；當(dāng) DADJV ? 177。 ，占空比為 10%～ 90%。在 FADJ和 DADJ端口的內(nèi)部，設(shè)置了 250A? 的下拉電源流，可簡化外部電路設(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）就可以對頻偏和占空比進(jìn)行調(diào)整。 IIN引腳由內(nèi)部的運(yùn)放強(qiáng)制為虛地，故僅用電阻 INR 就能調(diào)整輸入電流 INI ，實(shí)現(xiàn)中心頻率的調(diào)節(jié)。 的基準(zhǔn)電壓源主要用于提供 INI 電流和 FADJV 、 DADJV 電壓，其溫度系數(shù)典型值為 20ppm/℃，負(fù)載電流小于4mA 。 通過控制 8 選 1 模擬開關(guān) CD4051 來選擇 FC 的電容量，從而確定頻率范圍。本系統(tǒng)共有 8 個頻段供切換，輸出頻率范圍與 FC 的對應(yīng)關(guān)系如下表 所示。 表 輸出頻率范 圍與 FC 的對應(yīng)關(guān)系 波段 FC 電容值 頻率范圍 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 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內(nèi)部有一個 的基準(zhǔn)電壓源，由 REF引腳輸出?；鶞?zhǔn)電壓源由兩個 LF353及電阻電容組成，分別組成放大倍數(shù)為＋ 1 和－ 1的緩沖器，因而得到177。 的基準(zhǔn)電源。這個電壓源對整機(jī)的性能很重要，因?yàn)楦骺刂齐娐肪枰搮⒖驾斎搿? 在應(yīng)用中， MAX038 通常可以單獨(dú)承擔(dān)函數(shù)信號輸出的功能，通過外部的電阻和電容的調(diào)節(jié)，完成特定頻率和幅值的信號輸出。 頻率、占空比調(diào)節(jié) MAX038的