基于ＭＡＸ０３８的多波形发生器的制作

时间：2015-12-21 01:56:33 所属分类：计算机技术 浏览量:

[摘要]本设计以MAX038集成块为核心器件，与单片机、D／A转换器构成多波形信号发生器。信号的产生主要由MAX038和外围电路完成，单片机通过D／A转换器对MAX038的控制，实现频率和幅度的调控，产生从10Hz～10MHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等信号。通过2X8

　　[摘要]本设计以MAX038集成块为核心器件，与单片机、D／A转换器构成多波形信号发生器。信号的产生主要由MAX038和外围电路完成，单片机通过D／A转换器对MAX038的控制，实现频率和幅度的调控，产生从10Hz～10MHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等信号。通过2X8键盘可以设定输出信号的频率及电压值，并可以用液晶显示SMC1602A显示输出信号的类型、频率步进和设定频率（幅度）值。
　　[关键词]信号发生器 MAX038 单片机
　　
　　一、设计指标
　　
　　信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形，输出信号频率在10Hz～1MHz范围内可调，输出信号频率可分段调节：在10Hz～1kHz范围内步进间隔为10Hz；在1kHz～1MHz范围内步进间隔为1kHz。输出信号频率值可通过键盘进行设置；输出信号频率稳定度优于10-3；在1k(负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；输出信号波形无明显失真。
　　
　　二、总体设计
　　
　　美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器MAX038，利用单片集成芯片产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。本信号发生器主要是由MAX038芯片产生，我们希望输出的正弦波、方波、三角波。它是本制作的核心，通过键盘输入，单片机AT89S52可控制MAX038的输出波形类型的选择，并可由键盘设定电压值及频率，再经由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器输出对MAX038的实现频率和幅度的调控。系统的基本结构框图如1所示。
　　
　　三、系统参数分析及硬件电路设计
　　
　　MAX038是MAXIM公司生产的一个精密高频波形产生器，其基本特性为：可产生正弦波、三角波、方波及脉冲波；输出频率可以由内部的2.5V带隙电压基准及一个外部电阻和电容器控制，频率范围为0.1 Hz～20 MHz；占空比变化范围为15％～85％，正弦波失真低于0.75%；温度漂移为2x10-4/0C；所有的输出波形都是对称于地电位的2V（峰-峰值）信号；电源电压为±5V；工作温度范围为-40～+800C。图2是管脚排列图，MAX038采用DIP-20封装。
　　
　　在MAX038中，波形的选择由A0和A1两个输入引脚的逻辑电平设定：当A0=0或1、A1=1时为正弦波；当A0=0、A1=0时输出矩形波；当A0=1、A1=0时输出三角波。在本设计中，利用软件编程实现单片机对I/0口控制达到对A0、A1的控制，从而改变波形信号类型的输出。
　　MAX038的输出频率f0由IIN引脚的电流，FADJ端电压和主振荡器COSC的外接对地电容量CF三者共同确定。当UFADJ=0时，输出频率由公式f0=IIN/CF给出。? 式中, f0是输出频率,单位MHz；IIN是管脚输入电流,单位μA；CF是决定输出频率的串入电容值,单位pF。当UFADJ≠0V时，输出频率f0=f（1－0.2915UFADJ）。
　　在本设计中，FADJ引脚接地，MAX038的频率控制电压由12位AD7543提供,经Rin＝50kΩ的电阻进入IIN引脚，电路连接如图3所示。
　　设IIN输入端电压为Vin,串接电阻为Rin,则有公式：F0＝Vin/〔Rin×CF〕。式中,F0是输出频率,单位MHz；Vin是输入端电压,单位V；Rin是串接电阻,单位Ω；CF是决定输出频率的串入电容值,单位pF。由Rin＝50kΩ，我们设定Vin的范围0.5～5V,这样针对某一电容的选择就可确定输出频率范围,即频段。本设计中应用拨码开关选通不同的CF值，根据公式（2），通过计算，将整个输出信号分为六个频段：10Hz——100Hz 、100Hz ——1KHz 、1KHz——10KHz 、10KHz——100kHz 、100kHz——1MHz、1MHz——10MHz。要想得到各个频率段内的频率，就可以拨动开关选择相配电容启动频段。为简化电路，各种波形的占空比固定为50％，这已能满足多数场合的使用要求。为此将MAX038的脚7DADJ端接地。
　　单片机控制MAX038的A0、A1口任意选择一路波形信号输入幅度控制器。幅度调整后的信号经运放LM324缓冲驱动输出。这里幅度控制器也由AD7543实现，正弦波或方波或三角波送入AD7543的Vref端。AD7543在这里起数控电位器的作用，电路图如图4所示。

　　输出Vout=(N/212)Vin,其中Vin=Vref；N为幅度控制值（即AD7543数字输入值）。
　　
　　四、信号发生器软件设计
　　
　　系统使用芯片ZLG7290对键盘控制，驱动8X2个键盘共16个键，其中10个数字键（0～9），6个为功能键，功能分别是：波形类型选择键、频率步进加减键、峰峰值加减键、确定/取消键，功能选择有相应的显示提示。主程序流程图如图5所示。
　　
　　五、结束语
　　
　　本系统在以MAX038为核心部件，单片机和DA转换器的共同工作下，频率输出范围在10Hz～10MHz内，峰—峰值在负载下能实现0～5V可调，并且可通过液晶显示其输出波形类型，幅度和步进。较好地完成了基本部分和发挥部分的要求，其性能基本上达到了题目的要求。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]王彦朋.大学生电子设计与应用.中国电力出版社， 2007.
　　[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训.北京航空航天大学出版社，2007.
　　[3]赵建领.51系列单片机开发宝典.电子工业出版社，2007.

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