一种基于单片机的函数发生器的设计实现

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。