基于ＭＡＸ０３８的多波形發生器的制作

[摘要]本設計以MAX038集成塊為核心器件，與單片機、D／A轉換器構成多波形信號發生器。信號的產生主要由MAX038和外圍電路完成，單片機通過D／A轉換器對MAX038的控制，實現頻率和幅度的調控，產生從10Hz～10MHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等信號。通過2X8鍵盤可以設定輸出信號的頻率及電壓值，并可以用液晶顯示SMC1602A顯示輸出信號的類型、頻率步進和設定頻率（幅度）值。

[關鍵詞]信號發生器 MAX038 單片機

一、設計指標

信號發生器能產生正弦波、方波和三角波三種周期性波形，輸出信號頻率在10Hz～1MHz范圍內可調，輸出信號頻率可分段調節：在10Hz～1kHz范圍內步進間隔為10Hz；在1kHz～1MHz范圍內步進間隔為1kHz。輸出信號頻率值可通過鍵盤進行設置；輸出信號頻率穩定度優于10-3；在1k(負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在0～5V范圍內可調；輸出信號波形無明顯失真。

二、總體設計

美國馬克西姆公司開發了新一代函數信號發生器MAX038，利用單片集成芯片產生多種波形，達到較高的頻率，且易于調試。本信號發生器主要是由MAX038芯片產生，我們希望輸出的正弦波、方波、三角波。它是本制作的核心，通過鍵盤輸入，單片機AT89S52可控制MAX038的輸出波形類型的選擇，并可由鍵盤設定電壓值及頻率，再經由單片機程控輸出數字信號，經過D/A轉換器輸出對MAX038的實現頻率和幅度的調控。系統的基本結構框圖如1所示。

三、系統參數分析及硬件電路設計

MAX038是MAXIM公司生產的一個精密高頻波形產生器，其基本特性為：可產生正弦波、三角波、方波及脈沖波；輸出頻率可以由內部的2.5V帶隙電壓基準及一個外部電阻和電容器控制，頻率范圍為0.1 Hz～20 MHz；占空比變化范圍為15％～85％，正弦波失真低于0.75%；溫度漂移為2x10-4/0C；所有的輸出波形都是對稱于地電位的2V（峰-峰值）信號；電源電壓為±5V；工作溫度范圍為-40～+800C。圖2是管腳排列圖，MAX038采用DIP-20封裝。

在MAX038中，波形的選擇由A0和A1兩個輸入引腳的邏輯電平設定：當A0=0或1、A1=1時為正弦波；當A0=0、A1=0時輸出矩形波；當A0=1、A1=0時輸出三角波。在本設計中，利用軟件編程實現單片機對I/0口控制達到對A0、A1的控制，從而改變波形信號類型的輸出。

MAX038的輸出頻率f0由IIN引腳的電流，FADJ端電壓和主振蕩器COSC的外接對地電容量CF三者共同確定。當UFADJ=0時，輸出頻率由公式f0=IIN/CF給出。? 式中， f0是輸出頻率，單位MHz；IIN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。當UFADJ≠0V時，輸出頻率f0=f（1－0.2915UFADJ）。

在本設計中，FADJ引腳接地，MAX038的頻率控制電壓由12位AD7543提供，經Rin＝50kΩ的電阻進入IIN引腳，電路連接如圖3所示。

設IIN輸入端電壓為Vin，串接電阻為Rin，則有公式：F0＝Vin/〔Rin×CF〕。式中，F0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。由Rin＝50kΩ，我們設定Vin的范圍0.5～5V，這樣針對某一電容的選擇就可確定輸出頻率范圍，即頻段。本設計中應用撥碼開關選通不同的CF值，根據公式（2），通過計算，將整個輸出信號分為六個頻段：10Hz——100Hz 、100Hz ——1KHz 、1KHz——10KHz 、10KHz——100kHz 、100kHz——1MHz、1MHz——10MHz。要想得到各個頻率段內的頻率，就可以撥動開關選擇相配電容啟動頻段。為簡化電路，各種波形的占空比固定為50％，這已能滿足多數場合的使用要求。為此將MAX038的腳7DADJ端接地。

單片機控制MAX038的A0、A1口任意選擇一路波形信號輸入幅度控制器。幅度調整后的信號經運放LM324緩沖驅動輸出。這里幅度控制器也由AD7543實現，正弦波或方波或三角波送入AD7543的Vref端。AD7543在這里起數控電位器的作用，電路圖如圖4所示。

輸出Vout=(N/212)Vin，其中Vin=Vref；N為幅度控制值（即AD7543數字輸入值）。

四、信號發生器軟件設計

系統使用芯片ZLG7290對鍵盤控制，驅動8X2個鍵盤共16個鍵，其中10個數字鍵（0～9），6個為功能鍵，功能分別是：波形類型選擇鍵、頻率步進加減鍵、峰峰值加減鍵、確定/取消鍵，功能選擇有相應的顯示提示。主程序流程圖如圖5所示。

五、結束語

本系統在以MAX038為核心部件，單片機和DA轉換器的共同工作下，頻率輸出范圍在10Hz～10MHz內，峰—峰值在負載下能實現0～5V可調，并且可通過液晶顯示其輸出波形類型，幅度和步進。較好地完成了基本部分和發揮部分的要求，其性能基本上達到了題目的要求。

參考文獻：

[1]王彥朋.大學生電子設計與應用.中國電力出版社， 2007.

[2]黃智偉.全國大學生電子設計競賽制作實訓.北京航空航天大學出版社，2007.

[3]趙建領.51系列單片機開發寶典.電子工業出版社，2007.

（作者單位：廣東建設職業技術學院）