函数发生器如何实现多波形的信号源

[导读]函数发生器是一种多波形的信号源。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形

函数发生器是一种多波形的信号源。它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。有的函数发生器还具有调制的功能，可以进行调幅、调频、调相、脉宽调制和VCO控制。函数发生器有很宽的频率范围，使用范围很广，它是一种不可缺少的通用信号源。可以用于生产测试、仪器维修和实验室，还广泛使用在其它科技领域，如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。

频率范围 10Hz~100Hz，100Hz~1000Hz，1kHz~10kHz频率控制方式通过改变RC时间常数手控信号频率通过改变控制电压Uc实现压控频率VCF输出电压正弦波Upp≈3 V 幅度连续可调;三角波Upp≈5 V 幅度连续可调;方波Upp≈14 V 幅度连续可调.波形特性方波上升时间小于2s;三角波非线性失真小于1%;正弦波谐波失真小于3%。

1 引言

在自动控制系统设计及调试过程中，不同频率的正弦波、三角波和方波常作为信号源，应用十分方便。过去常由分立元件及集成运放构成振荡器，后来出现的ICL8038其最高频率仅能达到100kHz。而MAX038芯片性能更好，最高频率可达20MHz，且三种波形由同一端输出。单片机控制品质卓越，基于单片机的函数发生器运行可靠，操作方便。

2 高频信号发生器芯片MAX038简介

MAXIM公司生产的MAX038芯片是一种高频精密的函数发生器，可产生三角波、锯齿波、正弦波、方波及脉冲波，且频率及占空比的控制可独立进行。

Lin管脚电流范围在10～400μA时电路获得最佳工作性能。输出波形的选择由逻辑地址引脚A0和A1的组合来决定：A1A0=10或11时，输出正弦波;A1A0=00时，输出方波;A1A0=01时输出三角波。波形切换可在0.3μs内完成，但输出波形有0.5μs的延迟时间。输出频率由Lin引脚的电流、SOSC引脚的对地电容量和FADJ的电压来决定。当FADJ引脚接地时，输出频率由公式给出：

F0=Lin/CF

式中，F0是输出频率，单位MHz;Lin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.

3 基于单片机的函数发生器的设计与实现

3.1 系统硬件接口电路设计

Intel公司的MCS-51系列中的8051单片机应用已很成熟，以其为基核的其他8位机都有极好的兼容性，应用十分方便。图1所示为以8051和MAX038为核心的系统硬件电路。

用8279完成键盘输入和LED显示控制两种功能，键盘按键设置：数字键0～9，小数点，正弦波、方波和三角波切换键，频率选择Hz、kHz、MHz切换键，占空比键，回车键。采用外部译码方式，8279的SL0～SL2经74LS138(2)输出接键盘，同时经74LS138(1)输出驱动后送LED。8279的显示输出B0～B3，A0～A3作8位数据输出，当键盘出现有效闭合键时，数据自动进入8279的RAM存储器，并向CPU申请中断。

MAX038的频率控制电压由10位DAC1020提供，经Rin=50kΩ的电阻进入Lin引脚，8051的P2.6作为DAC1020的片选信号，采用双缓冲器方式，锁存10位数据。DADJ引脚电压范围-2.4V～+2.4V由8位DAC0832的双极性输出电压提供，即占空比调节的控制电压。用8051的P2.5作为DAC0832的片选信号，基准电压采用MAX038内部2.5V基准电压，接入VR端。DAC0832的ILE接+5V，片选端和数据传送端都与74LS373输出线A0相连。

设Lin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。

取Rin=50kΩ，Vin的范围0.5～5V，这样对于某一电容，可提供十倍扫频范围，从而电容的选择就可确定输出频率范围，即频段。第一频段电容取100μF，频率范围0.1～1Hz，第二频段到第九频段电容选择按十倍衰减，即可获得各频段频率范围，第九频段频率范围是10～20MHz，每一频段步进值选各频段低段频率的0.5%。有九个频段供选择切换，8051的P1.2～P1.5通过T1042译码后送入频段设定电路，由软件启动频段设定电路中的开关来进行频段选择。

3.2 系统软件设计方案及实现

系统的主程序流程框图如图2所示。

先对8279进行初始化，即允许中断申请，清8279状态，置键盘显示方式及时钟编程等，再置MAX038初始波形与频率、占空比。然后测试回车键是否闭合，以决定是否进行中断处理，判断输出波形并输出控制信号，有关输出波形频率的控制电压及占空比的计算送DAC1020及DAC0832，最后将波形频率及占空比送显示缓冲区，调显示子程序显示。

4 小结

利用单片机对MAX038的实时程序控制可产生高频高精度的输出波形，系统运行稳定，输出波形失真小、漂移小、频率范围宽，基于8051的CHMOS单片机也可方便地实现嵌入应用。