基于单片机和MAX038的信号源发生器设计

　　0 引言

　　在现代电子测量技术的研究及应用领域， 常常需要高精度且频率可调的信号源， 信号源产生电路可以由RC 震荡电路、LC 震荡电路以及由555 定时器构成的震荡电路制成， 更多的则是用专门的函数信号发生器IC 产生， 如ICL8038、BA205、XR2207/ 2209 等， 但它们的功能较少， 精度不高， 频率上限只有300 kHz, 无法产生更高频率的信号， 另外调节方式也不够灵活， 频率和占空比不能独立调节， 二者互相影响。也有采用专门DDS 芯片的信号发生器， 但电路结构复杂， 成本较高 。而专门针对极低频率的信号源其设计频率范围又较窄 , 应用范围小。为此， 本文研究并设计出了一种基于单片机C8051F130 和MAX038 的信号源发生器， 能在15 MHz 内产生三角波、正弦波、方波， 精度高、失真度小、能有效弥补上述设计的不足， 满足大部分测试对信号源的要求。

　　1 信号源发生器的总体设计

　　该信号源发生器主要以单片机C8051F130 为控制核心， 通过对Maxim 公司波形发生器芯片MAX038 及其外部电路控制实现其不同幅度和频率， 不同类型信号的输出， 其中C8051F130 是Silicon Laborat or ies 公司推出的一种具有8051 内核及指令集完全兼容的集成混合信号片上系统， 执行指令最快速度可达100 MIPS, 内部具有8448（ 8K+ 256） 字节片内RAM 和128 K 字节的flash 存储器，拥有多达64 个输入输出口， 可以完全满足本设计的控制需求， MAX038 是1 个只需要少量外部元件便能产生准确正弦波、三角波和方波的波形产生器， 输出频率和占空比可以通过外围电路的电流、电压和电阻进行调节。整个信号源发生器由频率控制部分、波形选择部分、占空比调节部分、键盘输入控制部分、信号状态显示部分、电源部分等构成， 电路框图如图1 所示。

图1 信号源发生器

　　2 信号源发生器各部分硬件电路设计

　　2. 1 波形选择部分

　　直接使用C8051F130 上I/ O 口P0. 0、P0. 1 连接MAX038 上A0 和A1 管脚， 对输入进行设置即能产生正弦波、方波和三角波， 管脚电平和波形之间的关系如表1所示。

表1 A0 和A1 管脚电平对应波形关系

　　波形切换可以在任意时候进行， 而不管输出信号的相位， 切换时间小于0. 3 us。

　　2. 2 频率控制部分

　　MAX038 输出信号的频率由注入引脚IIN 的电流IIN 、COSC 引脚端接的电容CF 以及引脚FADJ 上的电压V FADJ 决定。当VFADJ = 0 V 时， 基本输出频率Fo 由下式给出：

　　式中： IIN 为流入IIN 引脚的电流（ 为获得最佳性能取10 A到400 A ） , CF 为连接COSC 引脚和地的电容（ 在20 pF~ 100 F 中选取） , 如果VFADJ 是已知， 则任意输出频率Fx = Fo [ 1- （0. 2915 VFADJ ） ] , 在本设计中通过10位D/A 转换器A D7533 输出不同电压， 连接1 个30 k 的电阻控制流入MAX038 IIN 管脚的电流与C8051F130 控制CD4051 选择不同的CF 共同决定信号的输出频率值， 整个输出信号的频率分为7 个频段， 频段划分与CF 值和流入IIN 电流值对应关系如表2 所示。

表2 频段划分与CF 值和流入IIN 电流值对应关系