一种基于单片机的函数发生器的设计实现

【摘　要】　介绍一种由单片机控制的采用MAX038芯片构成的高频函数发生器，它的特点是输出精度高，频率范围宽，失真小。
    关键词：函数发生器，频率，占空比

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　结束语
　　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。

1　贾玉瑛，丁红．MAX038和单片机在信号发生与频率测量中的应用．包头：包头钢铁学院学报，1998（4）
2　张积东等．单片机51／98开发与应用．北京：电子工业出版社，1994
3　何立民．单片机高级教程．北京：北京航空航天大学出版社，2000