基于單片機(jī)的一種函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

【摘　要】　介紹一種由單片機(jī)控制的采用MAX038芯片構(gòu)成的高頻函數(shù)發(fā)生器，它的特點(diǎn)是輸出精度高，頻率范圍寬，失真小。
關(guān)鍵詞：函數(shù)發(fā)生器，頻率，占空比

1　引　言
　　在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試過(guò)程中，不同頻率的正弦波、三角波和方波常作為信號(hào)源，應(yīng)用十分方便。過(guò)去常由分立元件及集成運(yùn)放構(gòu)成振蕩器，后來(lái)出現(xiàn)的ICL8038其最高頻率僅能達(dá)到100kHz。而MAX038芯片性能更好，最高頻率可達(dá)20MHz，且三種波形由同一端輸出。單片機(jī)控制品質(zhì)卓越，基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器運(yùn)行可靠，操作方便。
2　高頻信號(hào)發(fā)生器芯片MAX038簡(jiǎn)介
　　MAXIM公司生產(chǎn)的MAX038芯片是一種高頻精密的函數(shù)發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、鋸齒波、正弦波、方波及脈沖波，且頻率及占空比的控制可獨(dú)立進(jìn)行。
　　Lin管腳電流范圍在10～400μA時(shí)電路獲得最佳工作性能。輸出波形的選擇由邏輯地址引腳A0和A1的組合來(lái)決定：A1A0＝10或11時(shí)，輸出正弦波；A1A0＝00時(shí)，輸出方波；A1A0＝01時(shí)輸出三角波。波形切換可在0．3μs內(nèi)完成，但輸出波形有0．5μs的延遲時(shí)間。輸出頻率由Lin引腳的電流、SOSC引腳的對(duì)地電容量和FADJ的電壓來(lái)決定。當(dāng)FADJ引腳接地時(shí)，輸出頻率由公式給出：

F0＝Lin／CF

式中，F(xiàn)0是輸出頻率，單位MHz；Lin是管腳輸入電流，單位μA；CF是決定輸出頻率的串入電容值，單位pF.
3　基于單片機(jī)的函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
3．1　系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)
　　Intel公司的MCS－51系列中的8051單片機(jī)應(yīng)用已很成熟，以其為基核的其他8位機(jī)都有極好的兼容性，應(yīng)用十分方便。圖1所示為以8051和MAX038為核心的系統(tǒng)硬件電路。

　　用8279完成鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能，鍵盤按鍵設(shè)置：數(shù)字鍵0～9，小數(shù)點(diǎn)，正弦波、方波和三角波切換鍵，頻率選擇Hz、kHz、MHz切換鍵，占空比鍵，回車鍵。采用外部譯碼方式，8279的SL0～SL2經(jīng)74LS138（2）輸出接鍵盤，同時(shí)經(jīng)74LS138（1）輸出驅(qū)動(dòng)后送LED。8279的顯示輸出B0～B3，A0～A3作8位數(shù)據(jù)輸出，當(dāng)鍵盤出現(xiàn)有效閉合鍵時(shí)，數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)入8279的RAM存儲(chǔ)器，并向CPU申請(qǐng)中斷。

　　MAX038的頻率控制電壓由10位DAC1020提供，經(jīng)Rin＝50kΩ的電阻進(jìn)入Lin引腳，8051的P2．6作為DAC1020的片選信號(hào)，采用雙緩沖器方式，鎖存10位數(shù)據(jù)。DADJ引腳電壓范圍－2．4V～＋2．4V由8位DAC0832的雙極性輸出電壓提供，即占空比調(diào)節(jié)的控制電壓。用8051的P2．5作為DAC0832的片選信號(hào)，基準(zhǔn)電壓采用MAX038內(nèi)部2．5V基準(zhǔn)電壓，接入VR端。DAC0832的ILE接＋5V，片選端和數(shù)據(jù)傳送端都與74LS373輸出線A0相連。
　　設(shè)Lin輸入端電壓為Vin，串接電阻為Rin，則有公式：

F0＝Vin／〔Rin×CF〕

式中，F(xiàn)0是輸出頻率，單位MHz；Vin是輸入端電壓，單位V；Rin是串接電阻，單位Ω；CF是決定輸出頻率的串入電容值，單位pF。
　　取Rin＝50kΩ，Vin的范圍0．5～5V，這樣對(duì)于某一電容，可提供十倍掃頻范圍，從而電容的選擇就可確定輸出頻率范圍，即頻段。第一頻段電容取100μF，頻率范圍0．1～1Hz，第二頻段到第九頻段電容選擇按十倍衰減，即可獲得各頻段頻率范圍，第九頻段頻率范圍是10～20MHz，每一頻段步進(jìn)值選各頻段低段頻率的0．5％。有九個(gè)頻段供選擇切換，8051的P1．2～P1．5通過(guò)T1042譯碼后送入頻段設(shè)定電路，由軟件啟動(dòng)頻段設(shè)定電路中的開關(guān)來(lái)進(jìn)行頻段選擇。
3．2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的主程序流程框圖如圖2所示。
　　先對(duì)8279進(jìn)行初始化，即允許中斷申請(qǐng)，清8279狀態(tài)，置鍵盤顯示方式及時(shí)鐘編程等，再置MAX038初始波形與頻率、占空比。然后測(cè)試回車鍵是否閉合，以決定是否進(jìn)行中斷處理，判斷輸出波形并輸出控制信號(hào)，有關(guān)輸出波形頻率的控制電壓及占空比的計(jì)算送DAC1020及DAC0832，最后將波形頻率及占空比送顯示緩沖區(qū)，調(diào)顯示子程序顯示。
4　結(jié)束語(yǔ)
　　利用單片機(jī)對(duì)MAX038的實(shí)時(shí)程序控制可產(chǎn)生高頻高精度的輸出波形，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，輸出波形失真小、漂移小、頻率范圍寬，基于8051的CHMOS單片機(jī)也可方便地實(shí)現(xiàn)嵌入應(yīng)用。