重要误删基于8038的函数信号发生器

1、电子技术综合设计设计论文题目(中 文):基于ICL8038 函数信号发生器的设计(英 文):DESIGN OF FUNCTION SIGNAL GENERATOR BASED ON ICL8038姓 名熊勇军、沈卓、孙艳科学 号49、10、19院 （系）电子工程系专业、年级电子信息工程 2007级指导教师陈爱武 2009年 12 月 16 日目 录绪论21 系统工作原理32 系统硬件设计42.1 系统硬件图42.2 ICL8030波形产生电路4 2.2.1 ICL8030介绍52.3 频率显示电路7 2.3.1 STC89C52单片机7 2.3.2四位一体数码管9 2.3.3 S8550介绍9

2、2.4 数控直流电源电路10 2.4.1 DAC0832介绍10 2.4.2 LM358介绍123 系统软件设计13 3.1 程序流程图134 系统参数设定和实验结果144.1 参数设定是实验依据144.2 实验结果15结论16参考文献16附录A:17附录B19附录C:21致 谢22基于ICL8038函数信号发生器的设计摘 要 本设计是以 ICL8038和 STC89C52为核心设计的数控及扫频函数信号发生器。ICL8038作为函数信号源结合外围电路产生占空比和幅度可调的正弦波、方波、三角波；该函数信号发生器的频率可调范围1100kHz，步进为 0.1kHz，波形稳定，无明显失真。【关键词】：

3、数控；扫频；ICL8038波形发生器；STC89C52单片机 DESIGN OF FUNCTION SIGNAL GENERATOR BASED ON ICL8038 Abstract The design is based on the core design for the ICL8038 and STC89C51 NC and Sweep Function Generator. ICL8038 as a function of signal sources in combination with peripheral circuits generate the duty cycle an

4、d amplitude adjustable sine, square, triangle wave; the function signal generator with adjustable frequency range of 1 100kHz, step to 0.1kHz, waveform stability, no obvious distortion.【Key word】：NC; Sweep; ICL8038 waveform; generator STC89C51 Microcontroller绪 论函数信号发生器是工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，它产生的锯齿波

5、和正弦波、矩形波、三角波是常用的基本测试信号。在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波信号产生器作为时基电路。例如，要在示波器荧光屏上不失真地观察到被测信号波形，要求在水平偏转线圈上加随时间线性变化的电压锯齿波电压，使电子束沿水平方向匀速搜索荧光屏。对于三角波，方波同样有重要的作用，而函数信号发生器是指一般能自动产生方波 正弦波 三角波以及锯齿波阶梯波等电压波形的电路或仪器。函数信号发生器的运用非常广泛，在信号调制解调、控制、研究侧试等领域可以说是必用模块。根据频率、占空比、幅度、波形稳定度、精度、频率漂移等参数的要因而产生多种多样的实现电路。可

6、以用单片机和CPLD编程,用波形发生专用芯片，用数字电路、功放模块等电路都可以实现不同参数要求的函数信号发生器，且大都是采用手动调节频率，而完全采用数控和数字化型的函数信号发生器， 主要是受到可调精度、信号输出精度的限制而价格比较高。本设计采用波形发生专用芯片采用ICL8038,该芯片主要有以下一些优良特性:它是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，外部只需接入很少的元件即可工作，可同时产生方波、高线性度三角波和低失真度正弦波； 在温度发生变化时产生低的频率漂移；工作变化周期宽，占空比可调，高的电平输出范围，易于使用等特点。且具有电源电压范围宽、稳定度高、精度高等优点 本设计采

7、用单片机与波形发生专用芯片相结合实现数控与扫频函数信号发生器， 具有较强的实用性。1 系统工作原理本系统主要由波形产生电路，数控电源和频率显示三部分组成。其中ICL8038芯片是整个系统的核心部分，它能产生振幅和占空比可调的正弦波、方波、三角波。数控电源主要由单片机、DAC0832芯片和按键组成，通过按键使单片机控制DAC0832产生一系列电压可变的直流电。显示部分主要由单片机、S8550三极管和四位一体数码管组成，单片机可控制数码管显示具体的频率值。 图1为系统设计框图，本设计是利用键盘设置相应的频率值，根据所设频率段选择相应电容，经单片处理运算获得相应数字量送DAC0832实现转换DA转换

8、，再将转换的直流电压送去ICL8038的第八脚，这样ICL8030可得到对应频率值的矩形波、三角波和正弦波。方波幅度经衰减后送单片机测得信号源频率并由数码管显示。图1 系统设计框图2系统硬件设计2.1系统硬件图本设计中，主要用了ICL8038，DAC0832，LM358芯片各一块，STC89C52单片机一块，S8550三极管五个，四位一体数码管一个，按键五个，发光二极管、不同阻值电阻、不同大小变位器、不同微法电容、插针、排阻等若干。系统整体原理图如下：图二 系统硬件原理图2.2 ICL8030波形产生电路 用集成函数发生器ICL8038接成的扫频信号发生器如图3所示，为了获得失真很小的扫频正弦

9、载波信号，必须使RARB，否则正弦载波的正负半周不对称，图中采用100 k的双联电位器。由于集成电路ICL8038的振荡频率与引脚8输入的电压成正比，所以改变引脚8的电压就可以改变振荡频率，也就是说ICL8038可以构成Vco压控振荡器。而引脚8的调频电压输入范围是在515 V之间。如果在引脚8加入的电压ui按一定规律变化，其峰峰值小于10 V（15 V5 V），就可构成低频扫频信号发生器。当ui为200 Hz，VPP值小于6 V的三角波时，在ICL8038的输出端2脚就可得到载波为正弦扫频信号。中心频率可从10600 kHz最大频偏f±15 kHz，调制电压小于02 V1 kHz。

10、 图3 ICL8030波形产生电路2.2.1ICL8030介绍 ICL8038采用DIP14封装，管脚如图4所示。芯片内部包括两个恒流源,两个电压比较器，两个缓冲器，正弦波变换器，模拟开关，RS触发器。在构成函数波形发生器时，应将第7,8两脚短接。其工作原理如下：利用恒流源对外接电容进行充放电，产生三角波(或锯齿波)，经缓冲器I从第3脚输出，由触发器获得的方波（或锯形波），经缓冲器从第九脚输出。再利用正弦波变换器将三角波变换成正弦波，从第2脚输出。改变电容器的充放电时间，可实现三角波与锯齿波方波与矩形波的互相转换。 ICL8038是精密波形产生与压控振荡器，其基本特性为：可同时产生和输出正弦波

11、、三角波、锯齿波、方波与脉冲波等波形；改变外接电阻、电容值可改变，输出信号的频率范围可为0.001Hz300KHz；正弦信号输出失真度为1%；三角波输出的线性度小于0.1%；占空比变化范围为2%98%；外接电压可以调制或控制输出信号的频率和占空比（不对称度）；频率的温度稳定度（典型值）为120*10-6（ICL8038ACJD）250*10-6（ICL8038CCPD）；对于电源，单电源（V+）：+10+30V，双电源（+V）（V-）：±5V±15V。芯片内部包括两个恒流源，两个电压比较器，两个缓冲器，正弦波变换器，模拟开关，RS触发器。函数发生器ICL8038的电路结构如

12、图5虚线框内所示，共有5个组成部分。2个电流源的电流分别为IS1和IS2，且IS1I，IS22I；2个电压比较器和的阈值电压分别为13 VCC和13 VEE，他们的输入电压等于电容两端的电压Uc，输出电压控制RS触发器；RS触发器的输出端Q控制电子开关S，实现对电容C的充放电；2个缓冲放大器用于隔离波形发生电路和负载，使三角波和矩形波输出端的输出电阻足够小，以增强带负载能力；三角波变正弦波电路用于获得正弦波信号。图4 ICL8038引脚图图5 ICL8038内部结构图 2.3 频率显示电路 本电路主要由四位一体数码管、单片机、DS8550等组成。方波幅度经衰减后送单片机，单片机处理送来的这些数

13、据即可控制数码管的段选和位选，将频率通过数码管显示出来。其电路图如下： 图6 频率显示电路图 2.3.1 STC89C52单片机 STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O

14、 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash。其引脚图如下：图7 STC89C52引脚图stc89c52的内核和AT51系列单片机一样，故引脚也相同：18：I/OP1口（P1.0P1.7）；9：复位脚（RST/Vpd）

15、；1017：I/OP3口（P3.0=RXD，P3.1=TXD，P3.2=-INT0，P3.3=-INT1，P3.4=T0，P3.5=T1，P3.6=-WR，P3.7=-RD）；18、19：晶振（18=XTAL2，19=XTAL1）；20:地（Vss）；2128：I/OP2口（P2.0P2.7)；29：-PSEN；30：ALE/-PROG；31：-EA/Vpp3239：I/OP0口（P0.7P0.0）；40：+5V电源。注：引脚功能前加“-”，说明其是低电平有效。如P3.2=-INT0。2.3.2四位一体数码管 四位一体数码管/数码管管脚定义： 对于四位一体数码管：A-11；B-7；C-4；D-

16、2；E-1；F-10；G-5；BIT1-6；BIT2-8；BIT3-9;BIT4-12;DP-3; 图8 四位一体数码管图2.3.3 S8550介绍 8550是一种常用的普通三极管。它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管集电极-基极电压Vcbo：-40V；工作温度：-55 to +150。主要用途： 开关应用；射频放大。引脚图如下：图9 S8550引脚图2.4 数控直流电源电路 本电路主要由DAC0832和单片机等器件组成。当按键控制使单片机的P1口输出一定的数字量，DAC0832就可将这些数字量转换生成模拟量，从IOUT1口输出。OUT1输出的直流信号比较小，且是负电压,所以必须经

17、过LM358放大取反后才能得到稳定的所需的直流电压。其电路原理图如下：图10 数控直流电源电路图2.4.1 DAC0832介绍 DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DAC0832的主要特性参数如下：* 分辨率为8位；* 电流稳定时间1us；* 可单缓冲、双缓冲或直接

18、数字输入；* 只需在满量程下调整其线性度；* 单一电源供电（+5V+15V）；* 低功耗，200mW。DAC0832内部结构图： * D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；* WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；* XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于5

19、00ns）有效；* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；* IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；* Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；* AGND：模拟信号地*

20、DGND：数字信号地图11 DAC0832引脚图2.4.2 lm358介绍LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 特性(Features):· 内部频率补偿· 直流电压增益高(约100dB)· 单位增益频带宽(约1MHz)· 电源电压范围宽：单电源(330V)； 双电源(±

21、;1.5 一±15V)· 低功耗电流，适合于电池供电· 低输入偏流· 低输入失调电压和失调电流· 共模输入电压范围宽，包括接地· 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围· 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)图12 LM358引脚图3 系统软件设计 软件是一个系统工作的灵魂，也是一个系统重要的调试部分。本系统的软件设计包括数控直流电源程序设计，即将按键的输入信号通过单片机进行处理，然后将处理后的信号去控制DAC0832，使它输出0-15V可调的直流电。第二部分为显示程序设计，即ICL8038输出的方波振幅经过衰减后送入单片

22、机处理，然后送到数码管显示。3.1 程序流程图：图13 程序流程图4系统参数设定和实验结果 经实验发现，在电路设计中接10脚和11脚的电容值和性能是整个电路的关键器件，电容值的确定也就确定电路能产生的频率范围，电容性能的好坏直接影响信号频率的稳定性、波形的失真度，由于该芯片是通过恒流源对充放电来产生振荡的，故振荡频率的以稳定性就受到外接电容及恒流源电流的影响，若要使输出频率稳定，必须采用以下措施：外接电阻、电容的温度特性要好；外部电源应稳定；电容应选用漏电小、质好的非极化电容器。4.1参数设定是实验依据 输出电压与 ICL8038控制电平的匹配，是整个电路实现中比较重要的问题。 为解决这个问题

23、把 ICL8038 接成直流电源分压控制的函数发生电路.。ICL8038的电压控制范围是2/3 (|VCC| + |-VEE|) + 2V < u < |VCC| + |-VEE|。例:当 +12V工作电源时,18V<u<24V，8脚控制电压u3=u-|-VEE| 即6V<u3<12V。 经实际实验检测，芯片实际性能参数和芯片的出产参数存在偏差。参数检测时，电容为普通陶瓷电容，R12、R13采用普通碳膜电阻, RW2为1K精密电位器 ，电源为+12V,，检测结果：第8脚电压必须大于5.4V，电压和频率成线性关系：当电容为400PF时,最大功率可达167KHZ

24、，但第8脚电压和频率的线性已经变差，且函数信号的稳定性也变差，。当电容继续减小，函数频率增大， 最大可达280KHZ，但方波、正弦波失真严重，第8脚电压和频率不成线性关系，本设计要实现数控函数信号，只要通过控制第8脚的电压就能实现，而第8脚的电压必须满足电压与频率成线性关系才能减小误差 ，所以从设计数控、波形稳定性和失真度的考虑，本设计从多次实验中记录如下三组电容、电压和频率线性关系作为处理数据的依据。 表1 电容、电压和频率数据第8脚电压U3（V）5.56.57.58.59.510.5电容C为701时；输出频率f（KHz）103.385.970.955.540.024.2电容C为322时；输

25、出频率f（KHz）23.920.316.612.99.25.5电容C为203时；输出频率f（KHz）4.13.52.82.21.61.0 经数据拟合，获得电压和频率关系为：（其中电压单位为V, 频率单位为KHZ) 电容701: f=15.5u3 + 187.25 (24.2KHZ<f<100.3KHZ) 电容322: f=-3.7u3 + 44.35 (5.5KHZ<f<23.9KHZ) 电容203: f=-0.6u3 + 7.3 (1.0KHZ<f<4.0KHZ) 以上电压范围都是从5.5V到10.5V,只要用一个5.5V的电压加上一个由DAC0832产生

26、的0-5V的数控可调电压就可实现1-100KHZ的数控函数发生器。4.2实验结果测试方法 ：由键盘设定某一频率，分别由本设计测得频率与示波器检测到的实际频率来确定本设计的频率精度，另外由示波器来观察正弦波，三角波和方波的失真度情况（其具体波形见附录）。实验数据如下：表2 实验结果数据表设置频率f（KHz）频率显示f（KHz）示波器f（KHz）波形失真情况正弦波三角波方波1.00.90.989无失真无失真无失真2.02.02.003无失真无失真无失真7.07.07.062无失真无失真无失真12.012.012.08无失真无失真无失真28.028.128.105无失真无失真无失真50.050.05

27、0.001无失真无失真无失真60.059.959.986无失真无失真无失真80.079.579.578底部和顶部略有失真无失真占空比略变小90.089.389.347底部和顶部略有失真无失真占空比略变小95.094.194.105底部和顶部略有失真无失真占空比略变大于1/3100.098.698.684底部和顶部略有失真无失真占空比约为1/3 从以上数据分析可以证明本设计的总体思路是正确和可行的，若要进一步提高精度，只要选择质量更可靠的电容和基准电压作为DAC0832的基准电压即可，当然也可选择更高档的DA转换器.结论 在现实生活中，我们不难发现，随着电子技术的迅速发展，特别是自从研制，开发了

28、微型计算机，给人类的生活带来了翻天覆地的变化。又如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么也可以毫不夸张他说，单片机技术的出现则是给现代工业控制带来了一次新的技术革命。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。研究并开发单片机系统，是现代电子工程师必备的条件。 本设计巧妙的运用了ICL8038制作出来的函数发生器具有线路简单，调试方便，功能完备等特点，还更进一步结合单片机控制技术，使得设计更加人性化，并且精度很高，减少了很多不必要的外界因数的干扰和调试的麻烦。输出的正弦波、方波、三角波稳定清晰，信号质量好，精度高，系统输出频率范围较宽且经济实用。

29、现在，函数信号发生器已经成为工业生产、产品开发、科学研究等领域必备的工具，怎样让它更加简单轻便，并且能输出精确可调的波形，对于系统的设计思路和各元器件的要求变得十分的重要。本设计通过单片机控制ICL8038使得其能输出各类频率可变的波形，达到了一定的技术指标，但是还是存在一定的缺陷，比如：幅度的调节和波形失真度的调节没有达到更智能化、理性化。所以还存在研究的意义。参考文献【1】谢自美电子线路设计.实验.测试（第三版）武汉：华中科技大学出版社。2000年7月 【2】杨帮文新型集成器件家用电路北京：电子工业出版社。2002.8 【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会，全国大学生电子设计竞赛获奖作

30、品选编。北京：北京理工大学出版社。1997.【4】潭博学、苗江静集成电路原理及应用北京：电子工业出版社。2003.9 【5】陈梓城家用电子电路设计与调试北京：中国电力出版社。2006 【6】华成英、童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社。2000.3【7】阎石数字电子设计基础北京：高等教育出版社。2005.12【8】李朝青单片机原理及接口技术北京：北京航空航天大学出版社。2006.12【9】周兴华. 单片机智能化产品C语言设计实例详解M.北京：航空航天大学出版社。2006【10】 求是科技. 8051系列单片机C程序设计完全手册M.北京：人民邮电出版社。 2007【11】胡 伟. 单片机C

31、程序设计及应用实例M.北京：人民邮电出版社。2005附录A程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code tab1=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar code tab2=0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;double a;uchar qian,bai,shi,ge;uint temp;void delay(uint z) in

32、t x,y; for(x=110;x>0;x-) for(y=z;y>0;y-); sbit key1=P22;sbit key2=P23;void display() shi=temp/10%10; P2=0xbf; P0=tab1shi; delay(2); ge=temp%10; P2=0x7f; P0=tab1ge; delay(2);void main() a=127.5;temp=70; while(1) display(); if(key1=0); delay(5); if(key1=0) while(!key1); delay(2); while(!key1); temp+; a=a-2.125; if(key2=0) delay(10); if(key2=0) whil