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一種基于51單片機的函數(shù)發(fā)生器的設計實現(xiàn)

作者: 時間:2011-10-25 來源:網(wǎng)絡 收藏
1 引 言
  在自動控制系統(tǒng)設計及調試過程中,不同的正弦波、三角波和方波常作為信號源,應用十分方便。過去常由分立元件及集成運放構成振蕩器,后來出現(xiàn)的ICL8038其最高僅能達到100kHz。而MAX038芯片性能更好,最高可達20MHz,且三種波形由同一端輸出。單片機控制品質卓越,基于單片機的運行可靠,操作方便。
2 高頻信號發(fā)生器芯片MAX038簡介
  MAXIM公司生產(chǎn)的MAX038芯片是一種高頻精密的,可產(chǎn)生三角波、鋸齒波、正弦波、方波及脈沖波,且頻率及的控制可獨立進行。
  Lin管腳電流范圍在10~400μA時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的組合來決定:A1A0=10或11時,輸出正弦波;A1A0=00時,輸出方波;A1A0=01時輸出三角波。波形切換可在0.3μs內完成,但輸出波形有0.5μs的延遲時間。輸出頻率由Lin引腳的電流、SOSC引腳的對地電容量和FADJ的電壓來決定。當FADJ引腳接地時,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 基于單片機的的設計與實現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)硬件接口電路設計
  Intel公司的MCS-51系列中的80應用已很成熟,以其為基核的其他8位機都有極好的兼容性,應用十分方便。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,鍵盤按鍵設置:數(shù)字鍵0~9,小數(shù)點,正弦波、方波和三角波切換鍵,頻率選擇Hz、kHz、MHz切換鍵,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,同時經(jīng)74LS138(1)輸出驅動后送LED。8279的顯示輸出B0~B3,A0~A3作8位數(shù)據(jù)輸出,當鍵盤出現(xiàn)有效閉合鍵時,數(shù)據(jù)自動進入8279的RAM存儲器,并向CPU申請中斷。

  MAX038的頻率控制電壓由10位DAC1020提供,經(jīng)Rin=50kΩ的電阻進入Lin引腳,8051的P2.6作為DAC1020的片選信號,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,即調節(jié)的控制電壓。用8051的P2.5作為DAC0832的片選信號,基準電壓采用MAX038內部2.5V基準電壓,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,每一頻段步進值選各頻段低段頻率的0.5%。有九個頻段供選擇切換,8051的P1.2~P1.5通過T1042譯碼后送入頻段設定電路,由軟件啟動頻段設定電路中的開關來進行頻段選擇。
3.2 系統(tǒng)軟件設計方案及實現(xiàn)
系統(tǒng)的主程序流程框圖如圖2所示。
  先對8279進行初始化,即允許中斷申請,清8279狀態(tài),置鍵盤顯示方式及時鐘編程等,再置MAX038初始波形與頻率、占空比。然后測試回車鍵是否閉合,以決定是否進行中斷處理,判斷輸出波形并輸出控制信號,有關輸出波形頻率的控制電壓及占空比的計算送DAC1020及DAC0832,最后將波形頻率及占空比送顯示緩沖區(qū),調顯示子程序顯示。
4 結束語
  利用單片機對MAX038的實時程序控制可產(chǎn)生高頻高精度的輸出波形,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,輸出波形失真小、漂移小、頻率范圍寬,基于8051的CHMOS單片機也可方便地實現(xiàn)嵌入應用。

參考文獻

1 賈玉瑛,丁紅.MAX038和單片機在信號發(fā)生與頻率測量中的應用.包頭:包頭鋼鐵學院學報,1998(4)
2 張積東等.單片機51/98開發(fā)與應用.北京:電子工業(yè)出版社,1994
3 何立民.單片機高級教程.北京:北京航空航天大學出版社,2000


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