基于MAX038的多功能信号发生器的设计

1、编号本科生毕业设计（论文）题目： 多功能信号发生器的设计 物联网工程 学院 电子信息工程 专业二一三年六月设计总说明设计总说明多功能信号发生器是一种能能够产生多种波形如三角波、矩形波（含方波）、正弦波的电路的信号发生器，在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途随着科技的发展，对信号发生器的各方面要求越来越高传统的信号发生器由于波形精度低，频率稳定性差等特点，已经不能满足许多实际应用的需要而且市场上出售的低频信号发生器价格昂贵，为了适应实际的需要，设计一种低频信号发生器本文介绍了一种基于单片机控制的多功能信号发生器，它采用MAX038与单片机结合的方法，通过Protel99软件进行硬件设计及仿真

2、，采用C语言编程，结合软件控制信号产生、变化，频率测量及显示的流程，整个信号发生器以单片机（AT89C52）为控制中心，主要由稳压电源模块、按键电路模块、LED显示模块、波形生成模块、功率放大模块、整形电路、分频电路模块等组成本设计基本达到初期的设计要求，可以产生1HZ-1MHZ的可人工调节频率及占空比的三角波、正弦波、方波及矩形波，对于产生的波形信号，通过功率放大电路对输出波形信号的幅度、波形稳定性进行调控、同时实现对输出信号频率及占空比的测量，并且可以显示出来，由于本多功能信号发生器所产生的信号频带相对较宽，先对功率放大电路的输出端进行整形处理，由于在12M晶振下单片机所能测量的频率最高只

3、能达到500kHZ，必须对整形输出作一个四分频处理，另外本设计中对于不同频率的波形信号采用了不同的测量方式，对于较低频率的方波，我们通过测量其周期间接获得其频率，而对于较高频率的信号波，则可以直接进行测量，保证了测量的精度综上所述，本设计能产生频率范围为1HZ-1MHZ的正弦波、三角波、方波、矩形波，同时实现了对频率、占空比及幅度的调节以及精确测量并且最终得以显示，基本达到了设计要求关键词：多功能信号；单片机；MAX038；I多功能信号发生器DESIGN SUMMARYVersatile signal generator able to produce a variety of wavefor

4、ms such as triangle wave, square wave (including square), sine wave signal generator circuit, the circuit experiments and equipment testing has a very wide range of usesWith the development of technology in all aspects of the signal generator is increasingly demandingBecause the waveform signal gene

5、rator traditional low accuracy and poor frequency stability characteristics, can not meet the needs of many practical applicationsAnd on the market are expensive low frequency signal generator, in order to meet the actual needs, to design a low-frequency signal generatorThis paper describes a microc

6、ontroller-based control of multi-signal generator, which uses a combination of methods MAX038 with microcontroller through Protel99 hardware design and simulation software, using C language programming, combined with software control signal generator, change the frequency measurement and display pro

7、cess, the signal generator to microcontroller (AT89C52) as the control center, mainly by the power supply module, the key circuit module, LED display module, the waveform generating module, a power amplifier module, shaping circuit, frequency divider circuit modules and other componentsThis design h

8、as basically reached the initial design requirements, you can generate 1HZ-1MHZ can manually adjust the frequency and duty cycle of the triangular wave, sine wave, square and rectangular wave, the waveform signal generated by the power amplifier circuit of the output waveform signal amplitude , wave

9、form control stability, while achieving the output signal frequency and duty cycle measurements, and can be displayed, since the multi-signal generated by the signal generator is relatively wide frequency band, the first output of the power amplifier circuit side shaping process, since the 12M cryst

10、al oscillator frequency can be measured under the chip can only reach 500kHZ, you must make a divide-shaped output processing, in addition to this design for different frequency waveform signal uses a different measurement methods, for more Low-frequency square wave, we obtained indirectly by measur

11、ing the frequency of its period, and for the higher frequency signal waves, can be measured directly, to ensure accuracy of measurement In summary, the design can produce a frequency range of 1HZ-1MHZ sine wave, triangle wave, square wave, rectangular wave, while achieving the right frequency, duty

12、cycle and amplitude adjustment, and accurate measurement and eventually be displayed, reaches the design requirementsKeywords：Multifunctional signal; SCM; MAX038; I目录目 录第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外现状11.3 设计要求和任务21.4 应解决的主要问题2第2章 系统原理及总体设计32.1 系统原理概述32.2 总体设计方案3第3章 系统硬件设计53.1 单片机介绍及外围电路53.1.1 时钟电路73.1.2 R

13、C复位电路73.2 信号产生模块83.2.1 芯片引脚93.2.2 系统原理103.2.3 频段调节控制103.2.4 频率、幅值、占空比控制123.2.5 频率、占空比调节123.3 稳压电源电路143.4 键盘接口设计153.5 功率放大电路153.6 LED显示电路设计163.7 功率放大输出信号的整形处理173.8 整形电路输出的分频处理17第4章 程序设计194.1 主程序流程图194.2 频率测量流程图204.3 占空比测量流程图21第5章 结论与展望23附录A 单片机程序26附录B 原理图31I多功能信号发生器的设计第1章 绪论1.1 课题背景 随着电子测量及其他部门对各类信号发

14、生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展1现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化和智能化方向发展在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波信号是常用的基本测试信号

15、信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用 但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能1.2 国内外现状信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用 555 振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等

16、领域常常要用到低频信号源而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 DAC 的程序控制，就可以得到各种简单的波形90年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器而近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围

17、比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易（2）由于 VXI 总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用 VXI 系统测量产生复杂的波形，VXI 的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发 VXI 模块的周期长，而且需要专门的 VXI机箱的配套使用，使得波形发生器 VXI 模块仅限于航空、军事及国防等大型领域在民用方面，VXI 模块远远不如台式仪器更为方便（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同这些新一代台式仪器具有多种特

18、性，可以执行多种功能而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半 二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 GHz的 DDS 芯片，同时也推动了信号发生器的发展相信在接下来的一段时间里，信号发生器的发展仍将取得跨越式的发展！1.3 设计要求和任务 熟悉和掌握单片机的结构和工作原理，了解信号发生器的工作原理掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法,并通过实际程序的设计和调试，逐步掌握模块化程序的设计方法和调试技术；了解开发单片机应用系统的全过程综合运用所学专业知识解决工程问题具体设计要求如下：（1） 具有产生正弦波、三角波、方波、矩形波波形的功能（2） 信号的频率范围为1

19、Hz-1MHz（3） 信号的输出波形幅度Vp-p可调（4） 通过键盘输入任意频率数值和选择任意波形（5） 波形信号频率及占空比可调可测1.4 应解决的主要问题本论文重点在于研究以单片机为基础基础，结合由马克西姆公司MAX038而设计的一种简易信号发生器，通过MAX038来产生一系列有规律的幅度和频率可调的方波、三角波和正弦波基于MAX038的多波形函数信号发生器具有信号输出频率高、波形稳定、失真小、可控性强等特点2本信号发生器包含稳压电源模块、单片机（AT89C52）控制模块、键盘模块、LED显示模块、信号发生模块（MAX038）、功率放大（AD811）及缓冲器(BUF634)模块、分频模块，

20、该设计结构简单，虽然性能指标赶不上标准信号发生器，但能满足一般的实验要求其成本低、体积小、便于携带等特点，亦可作为电子产品维修人员的随身设备之一第2章 系统原理及总体设计本章首先对系统原理作一个简述，然后提出系统总体设计方案，包括单片机控制系统的设计、MAX038芯片信号的实现、功率放大及缓冲器的运用和LED数码管的选用给出了整体设计思路和单片机与各个模块的联系，以及整体设计框图2.1 系统原理概述本系统所设计多功能信号发生器是一种能够产生正弦波、三角波、方波，矩形波的低频信号发生器，在单片机的控制下由MAX038信号发生芯片产生频率占空比可调的正弦波、三角波、方波，通过调节方波的占空比产生矩

21、形波，对于所产生的四种波形信号，通过功率放大电路可对其幅度、稳定性进行调节，对功率放大电路输出信号进行整形后可以利用单片机的中断口及定时计数器分别测出低频信号测量周期、高频信号的频率以及他们的高电平周期，从而转换为系统输出的频率和占空比，最后经过显示电路显示出频率和占空比2.2 总体设计方案该系统硬件由以下几个部分组成：键盘电路、稳压电源模块、LED显示模块、波形信号产生模块、功率放大电路、分频模块等本毕业设计采用的是目前比较常用的52系列单片机AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据

22、存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用此单片机的体积小、低功耗、控制能力强、扩展灵活、微型化使用方便本设计结合由马克西姆公司MAX038而设计的一种简易信号发生器，通过MAX038来产生一系列有规律的幅度和频率可调的方波、三角波和正弦波基于MAX038的多波形函数信号发生器具有信号输出频率高、波形稳定、失真小、可控性强等特点本信号发生器包含稳压电源模块、单片机（AT89C52）控制模块、键盘模块、LED显示模块、信号发生模块（MAX038）

23、、功率放大（AD811）及缓冲器(BUF634)模块、分频模块，该设计结构简单，虽然性能指标赶不上标准信号发生器，但能满足一般的实验要求其成本低、体积小、便于携带等特点，亦可作为电子产品维修人员的随身设备之一系统的总体设计框图如2-1所示：1图2-1 系统的总体设计框图3第3章 系统硬件设计本章介绍了本设计的硬件电路设计，按照各个模块分别展开分析依次介绍了52单片机的外围硬件电路(包括时钟电路和复位电路稳压),重点介绍了信号发生模块（MAX038），最后简单介绍了稳压电源电路、键盘电路、功率放大电路、LED数码管显示电路以及分频电路设计 图3-1单片机引脚总体配置图3.1 单片机介绍及外围电路

24、AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的AT89C52是一个低电压，高性能CMOS型8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元3AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有

25、效地降低开发成本AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求主要功能特性· 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM · 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM · 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz · 2个串行中断 · 可编程UART串行通道 · 2个外部中断源 · 共6个中断源 · 2个读写中断口线 · 3级加密位 · 低功耗空闲和掉电

26、模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器外接石英晶体及电容C1， C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路对外接电容C1， C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，这里选择使用石英晶体也可以采用外部时钟采用外部时钟的电路的情况时，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空 图3-2 AT89C52芯片外

27、观及引脚3.1.1 时钟电路时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号时钟是单片机的心脏，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性本系统中时钟方式的电路原理图如图3-3所示： 图3-3 内部时钟方式电路原理图电路中的电容C2、C3典型值为30±10 pF外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性同时，在系统中采12MHz的晶体振荡器来产生时钟脉冲3.1.2 RC复位电路复位是单片机初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元执行程序除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作

28、错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键重新启动复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式本设计采用了按键手动复位方式该复位电路如图3-4所示图3-4 R、C复位电路开关闭合瞬间RST引脚获得高电平，单片机复位电路随着电容的C1的充电，RST引脚的高电平逐渐下降RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作3.2 信号产生模块为达到本信号发生器所要求的各类波形信号，本设计采用MAX038作为信号产生芯片，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

29、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、25V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、矩形波（含方波）、正弦波信号(2)频率范围从01Hz20MHz，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1090(4)波形失真小，正弦波失真度小于075，占空比调节时非线性度低于2(5)采用±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070(6)低阻抗输出缓冲器：01；

30、(7)低温度漂移：200 PPM对于所有输出波形来说，输出波形是以地为参考的对称波形，在低输出阻抗的情况下，输出电流可达到±20 mA电流在两个与TTLCMOS信号输入匹配的地址引脚A1，A0上输入合适的代码信号，能够实现输出波形变换的控制，具体输入代码和输出波形的对应关系如表3-1所示表3-1输入代码和输出波形对应关系表A0A1波形X1正弦波00矩形波10三角波3.2.1 芯片引脚MAX038芯片的各个引脚的功能表如表3-2所示：表3-2 MAX038各引脚功能表引脚号名 称功 能1REF250 V带隙基准电压输出端2GND地3A0波形选择输入端，TTLCMOS兼容4A1波形选择输

31、入端，TTLCMOS兼容5COSC外部电容连接端6GND地7DADJ占空比调整输入端8FADJ频率调整输入端9GND地10Iin用于频率控制的电流输入端11GND地12PDO相位检波器输出端如果不用相位检波器则接地13PDI相位检波器基准时钟输入端如果不用相位检波器则接地14SYNCTTLCMOS兼容的同步输出端15DGND数字地让他开路使SYNC无效，或是SYNC不用16DV+数字+5 V电源如果SYNC不用则让他开路17V+5 V电源18GND地19OUT正弦波、方波或三角波输出端 20V-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

32、波、锯齿波、矩形波和脉冲波的生成鉴相器是作为锁相环的备用单元，为异或门电路结构，输入信号一路来自内部差动矩形波OSCA和OSCB，另外一路来自外部引脚PDI鉴相器的输出信号为电流，由PDO引脚输出平均值变化范围为0550A当两路输入信号的相位差为90。时，输出电流的占空比为50%，平均值为250A 如果构成锁相环路，则PDO和FADJ相连，并且对地连接一个电阻RPD，同时并联一个电容CPD RPD决定鉴相器的灵敏度，CPD用于滤除电流中的高频成分其内部结构如图3-6所示： 图3-6 MAX038内部原理图3.2.2 系统原理MAX038的输出频率主要受振荡电容CF ， IIN 端电流和FADJ

33、 端电压的控制选择一个CF值，对应IIN 端电流的变化，将产生一定范围的输出频率4另外，改变FADJ 端的电压，可以在IIN 控制的基础上，对输出频率实现微调控制为实现输出频率的数控调整，在IIN 端和FADJ 端分别连接一个电压输出的DAC首先，通过DACB产生0V(00H)到25V(0FFH)的输出电压，经电压/ 电流转换网络，产生0A到748A的电流，叠加上网络本身产生的2A电流，最终对IIN 端形成2A到750A 的工作电流，使之产生相应的输出频率范围DACB将此工作电流范围分为256级步进间隔，输出频率范围也被分为256级步进间隔所以，IIN端的电流对输出频率实现粗调第二步，通过DA

34、CA 在FADJ端产生一个从- 23V(00H)到+ 23V(0FFH)的电压范围，该范围同样包含256级步进间隔，IIN 端的步进间隔再次细分为256级步进间隔，从而在粗调的基础上实现微调3.2.3 频段调节控制固定一个CF值，当IIN 端的电流从2uA到750uA的变化时，对应产生一个频段的频率范围经实验调整，我们选择了一系列的CF 如图3-7 所示，并确定了各CF所对应的频段和频率范围f1-f2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 （3-1）图3-7 输出频率与IIN电流及振荡电容CF的关系此外，由于

35、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：f3f4，以便获得最小的误差5在5脚COCS和6脚GND接上电容CF以后，10脚IIN是频率控制的电流输入端，利用恒定电流IIN向电容CF充电和放电，便可形成振荡IIN是受8脚FADJ和7脚DADJ端电压的控制，振荡频率由下式确定 （3-2）因为我们要求的频率范围在02Hz10MHz，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IIN=2A5A时，CF的容量范围可以在10pF10F时，芯片有较好的性能因此可知： （3-3）当IIN=2A时， （3-4）当IIN=75

36、0A时， （3-5）为了使数字控制能够使IIN=2A750A实现，我们在D/A转换模块使用图25所示的电阻连接方法当数字量为00H时，VOUTb输出为0V时MAX038的10脚IIN有2A的电流输入当数字量为FFH时，VOUTb输出为基准电压250VMAX038的10脚IIN有750A的电流输入3.2.4 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： （3-6）波形的占空比为：T=05-017

37、VDADJ当时，IIN可设为VFADJ=0V时，IIN可设为2750A，对应中心频率为350：1的变化；当VFADJ=±24V时，调制频偏为±70%VFADJ控制外部电容CF充、放电电流的比值，当VDADJ=0V时，波形的占空比为50%；当VDADJ=±23V，占空比为10%90%在FADJ和DADJ端口的内部，设置了2502A的下拉电源流，可简化外部电路设计，仅用电阻RF（连接引脚FADJ和25V基准电压的可变电阻）和（连接引脚DADJ和25V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RIN就能调整输入电流IIN

38、，实现中心频率的调节25V的基准电压源主要用于提供IIN电流和VFADJ、VDADJ电压，其温度系数典型值为20ppm/，负载电流小于4mA6通过控制8选1模拟开关CD4051来选择CF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CF的对应关系如表3-3所示7： 表3-3 输出频率范围与CF的对应关系波段电容值频率范围120pF2MHz20MHz2100pF200kHz2MHz31000pF20kHz200KHz4001F2KHz20KHz501F200Hz2KHz61F20Hz200Hz710F2Hz20Hz8100F01Hz2Hz MAX038内部有一个25V的基准电

39、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±25V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3.2.5 频率、占空比调节MAX038的占空比的调整有两种方式，一种时利用内部基准电压源调整，另一种是利用外加电源调整，为使电路简单，采用第一种调整方式在MAX038 的DADJ端应用一个23V23V 的电压控制信号， MAX038 的DADJ引脚上的电压可控制波形的占空比DC(定义为输出

40、波形为正时所占时间的百分数），并且能够改善正弦波的波形，可进行脉冲宽度调制和产生锯齿波当VDADJ接地（即VDADJ=0）时，其占空比为50%，占空比的调整可采用MAX505的一片DAC，输出±23V 范围内的电压，占空比可在10%90%范围内改变，约每伏改变15%，当电压超过±23V 将使频率偏移或引起不稳定为产生一定占空比而加在DADJ上的电压为： （3-7）对双极性输出的D/A 转换器，基准电源为23V时，MAX505接受数据与占空比的关系式为： （3-8）其中：VDADJ为DADJ 引脚上的电压，DC为占空比这样可完成激励信号的占空比设置调整CF的充放电时间，在10

41、%90%的范围内调整振荡器输出的三角波，最终产生失真的正弦波，锯齿波和脉冲波这三种波形同时送入混合器，由A0，A1选择输出所以为简单起见，关于占空比调节和频率调整，可采用外部电位器调整控制调节频率调整电路的电位器，改变MAX038输入端IIN的电流大小，从而改变频率值；调节占空比调节电路中的电位器，改变MAX038输入端DADJ的电压大小，从而改变占空比接在REF(+25 V)和FADJ之间的可变电阻RF还提供了一个方便的人工调整频率的方法RF的取值如下： A （3-9）例如，如果VREF取-20 V(+583偏移)，则RF=+25-(-20)250A=18 k 接在REF(+25 V)和DA

42、DJ之间的可变电阻RD提供了一个方便的人工调整占空比的方法RD的取值如下： A （3-10）例如，如果VDADJ取-15 V(23占空比)，则RD=+25-(-15)250A=16 k下图的芯片为Maxim公司的信号发生芯片MAX038，其波形选择引脚A0和A1与单片机的P20和P21引脚相连，在单片机的控制下输出正弦波、矩形波和三角波3种不同的波形，波形的频率和幅值可以通过外部的可变电阻进行调节OUT为MAX038的信号波形输出，送至功率放大电路另外MAX038的外围硬件电路图如图3-8所示： 图3-8 MAX038外围硬件电路3.3 稳压电源电路稳压电源是单片机控制系统的重要组成部分，它不

43、仅为测控系统提供多路电源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能 本机使用三种共地电源：15V，+12V，12V，+5V，5V硬件设计中采用自带稳压电源方式，整流滤波后的电压是不稳定的电压，在电网电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大所以，整流滤波后，还须经过稳压电路，才能使输出电压在一定的范围内稳定不变在这里我们就用串联型稳压电路对其进行稳压,此电源稳压主要采用三端集成稳压器7815、7915、7812、7912和7805，7905，这种三端固定电压输出式集成稳压器，使用简单，价格较低，且由于内部具有过压过流保护，使整机的电源电路稳定，性能可靠8图3-9 稳压电源模块电路

44、图3.4 键盘接口设计键盘的结构形式一般有两种：独立式键盘与矩阵式键盘独立式按键电路配置灵活，硬件结构简单，但是每个按键必须占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口线浪费较大故只在按键数量不多时采用这种按键电路,本次主要介绍设计所用的独立键盘的工作方式独立式键盘就是各按键相互独立，每个按键各接一根I/O口线，每根I/O口线上的按键都不会影响其它的I/O口线在此电路中，按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平本设计共用到五个按键，分别为产生方波（矩形波）、产生三角波、产生正弦波、频率读数、占空比读数，为了达到该设计的可拓展性，本键盘采用了六个按键的独立模

45、式，独立式键盘与单片机的接口电路如图3-10所示：图3-10 独立式键盘3.5 功率放大电路由于MAX038的输出信号为恒定的2V（p-p），且输出电流不高，所以必须在输出级至少有一级放大电路来提供足够的输出电压和电流，以满足一般使用要求以下是放大电路设计的几点考虑：（1）首先，放大电路要求具有很高的频宽，因为输出信号最大基频为1MHz，其三角波和矩形波的高次谐波成分很高，只有高宽频才能得到不失真的输出波形（2）其次，高频大信号放大要求放大电路有足够的输出电压转换速率（3）另外，要带动低阻负载，放大电路的电流输出能力也是个重要参数要在 1K负载上输出5V信号，则放大器至少要有的连续电流输出能力

46、为达到上述涉及要求并防止由于电流过大而烧坏前级电路，在功率放大电路中往往级联一个缓冲器，一般说来缓冲级电路输入阻抗无穷大，所以经过末级放大电路放大以后，即使电流很大，也不会影响前级电路，起到了很好的电路保护作用所以本设计中的功率放大电路采用ADI公司的高速运算放大器AD811和T1公司的缓冲器BUF634构成，如图所示AD8ll采用同相放大器接法，将输入信号放大到电压峰峰值为6 V;后级缓冲电路用于提供足够的输出电流，使负载的输出电压峰值稳定在6 V由于AD81l的输出电流较大，所以在AD811与缓冲器之间串接了一只l k的电阻用于限流电路调试时发现输出高频信号有衰减经过分析获知，主要原因在于

47、后级缓冲器有8 pF的等效输入电容(见图4中虚线)，该电容影响电路的高频响应于是在AD811输出与BUF634输入之间接入了 一只330nF的补偿电容，补偿后的电路高频响应效果良好AD811和BUF634构成的功率放大电路如图3-11所示9：图3-11 功率放大电路3.6 LED显示电路设计单片机应用系统中，通常都需要进行人-机对话这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应用系统向人们显示状态及各种运行结果，显示器、键盘电路都是用来实现人-机对话活动的人机通道，因此在单片机系统中有着广泛的应用LED显示器显示控制方法有两种，即动态显示和静态显示静态显示亮度一般比动态显示效果好，但本次设计中

48、，采用了动态显示本实验采用的是八段LED共阳极数码管其内部结构原理图如图 3-12所示：图 3-12 内部结构原理图LED数码管的驱动是一个非常重要的问题由于单片机并行口不能直接驱动LED数码管，必须采用驱动电路或放大电路，使之产生足够大的电路，显示器才能高亮正常工作如果驱动能力差，显示器亮度就低，这样显示效果就会很差，达不到设计的需要本次设计中要求作到7LED 显示，LED显示器的控制方式为静态显示和动态显示两种，本设计选择的接线是动态显示，单片机的P0口经8位锁存器74HC245N（有电流放大作用）输出驱动各数码管的八段引脚，单片机的P25-P27及P30-P33经过七个三极管（有电流放大

49、作用），驱动7个数码管的阴极D1-D7，数码管采用软件进行动态扫描显示，工作电路如图3-13 所示：图3-13 7位八段LED显示电路3.7 功率放大输出信号的整形处理对于功率放大电路电路的输出，为了对各类波形进行频率火周期测量，需要将波形信号经过整形电路转换成方波才能测量，输出端连接到单片机的中断接口实现对低频信号的周期测量，输出端连接到单片机的定时计数器借口实现对高频信号的直接频率测量，从而满足单片机对频率、占空比的准确测量要求103.8 整形电路输出的分频处理根据本实验的设计要求，输出频率的范围是1HZ-1MHZ,52单片机最大计数速率为时钟频率的1/24（使用12MHz的时钟时，最大计

50、数速率为500kHz），因此采用单片机测量频率及占空比时无法满足要求，需要对整形电路后的输出进行四分频处理本设计的四分频电路采用的是47LS74集成模块，该模块是一个双D触发器，其功能较多，可用作寄存器，移位寄存器，振荡器，单稳态，分频计数器功能，本模块利用其分频功能对功率放大输出端口进行四分频处理，四分频电路如图3-14所示：图3-14 4分频电路连接第4章 程序设计本章主要介绍了该系统的软件设计先给出了主程序的流程图，后给出了频率测量的子程序流程图4.1 主程序流程图图4-1 主程序流程图4.2 频率测量流程图本电路采用12M温度补偿晶振，其最大计数为500kHZ，本频率计测频范围为1Hz

51、到1MHZ,以50kHz为分界，待测信号经放大、变换、四分频处理后再将波形信号经整形电路转换为方波，一路直接送AT89C52单片机的P32口，另一路送P34口,测频时，首先T0为计数器，T1为定时器，控制闸门时间为1秒，1S后，判断值大于50k时，经变换处理后送显示，小于50k时，外部中断用来捕捉脉冲频率下降沿，捕捉到下降沿触发外部中断，在外部中断里开定时器t的中断，即每定时t使count加1，当再一次触发外部中断时，读取count的值n，则脉冲时间为n*t，从而测得频率，经过变化处理后送显示模块测频模块的软件流程图如图4-2所示11： 图4-2 频率测量流程图 4.3 占空比测量流程图首先测

52、出方波的频率（这个跟占空比无关），利用这个计算出周期T；其次利用一个独立的外部中断，在测量完频率后启动：先设置上升沿触发，一旦开启后，下一个方波上升沿，外部中断就会被触发在处理中断服务的时候，把这个外部中断重新设置为下降边沿触发，然后启动定时器下一个下降边沿到来的时候，中断会被触发，而这个下降边沿，刚好就是方波高电平结束的地方第二次触发中断后，停止计时，两次中断之间的间隔修正补偿后，就是高电平的持续时间Tu占空比可以计算出来，就是q=Tu/T*100%，然后就显示即可流程图如图4-3所示：图4-3 占空比测量流程 第5章 结论与展望采用MAX038 芯片制作函数信号发生器随设计思想不同，具有多

53、种方法，本文只是其中一种可实现的方法设计出的信号发生器结构简单，不需调整，具有很高的性价比，体积也很小和利用分离元件实现的发生器相比，具有显著的优势，这足以弥补它在某些方面的不足同时该信号源设计尚存在的不足之处，主要有两个方面，第一为缺乏频率准确显示的手段，可以配备相应的数字频率计模块，但如何将显示的精度与信号源的频段配合有待讨论研究；第二为输出级可配以显示输出幅度的仪表，并且放大电路有待进一步改进，使其具有更强的输出能力由于使用了单片机作为电路的控制核心，整个波形发生器具有成本低，可靠性高，体积小巧、易于携带，功耗低，输出波形优良，使用方便等优点在此波形发生器输出加入一个宽带可变增益放大器即可调整输出波形幅度，改变参考频率的大小即可改变输出信号的分辨率及频率范围，频率范围可以连续覆盖1Hz20MHz，分辨率可以做到10Hz甚至1Hz对于低成本的小型波形发生器，这是MAX038的一个理想的应用方案由于此次实现的信号发生器电路是模数混合电路，因此在电路设计和线路板布局上都有所研究具体有： MAX038的模拟电源和数字电源需要分开，在供电时要分别供电，即分别取自不同的电源，以防数字信号通过电源线干扰模拟