電子教學實訓裝置之信號源的設計

惠州市技師學院 鄒志明

電子教學實訓裝置之信號源的設計

惠州市技師學院 鄒志明

電子教學實訓裝置的信號源是此設備中一個不可分的重要組成部分，主要為電子技術應用專業中的許多實訓項目提供信號，以減小設備成本。文章詳細介紹了設計一個通過單片機和單片信號發生器MAX038而實現的簡單、實用、低失真度的信號源，很大程度提高了此裝置的性價比和實用性能。

實訓裝置；信號源；信號源設計

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

電子教學實訓裝置是根據中等職業學校電子技術應用專業的教學大綱要求并結合教學實際而開發的。它能對模擬電子技術(電子電路基礎)、電工基礎、數字電子技術（邏輯與數字電路）、電子工藝與電路裝調（電子技能訓練）、無線電基礎等課程的實訓項目進行教學與實訓。它實用性、可靠性、直觀性強，配套組合靈活，采用模塊化結構設計，將常用的儀器儀表如：信號源，頻率計，數字萬用表穩壓電源，實訓電路萬能板等組合在一起，既方便又實用，還能節省成本，并有利于提高學生對單個電路及電路組合成設備的理解，還有利于學生獨立動手操作能力的提高。而信號源是此設備中一個不可分的重要組成部分，在電子技術應用專業中的許多實訓項目都離不開高精度且頻率可調的信號源，因此，設計一個簡單、實用、低失真度的信號源對此裝置的實用性而言顯得尤為重要。

1.電子技術教學實訓裝置簡介

該裝置可以分為通用資源和專業資源（實訓模塊）兩大部分，兩部分可固定也可移動，通用資源部分以固定為主，在進行單一實訓時固定，作為儀器儀表設備使用；在綜合實訓階段也可以作為綜合實訓項目進行實訓使用。專業資源主要是完成單一的實訓項目為主，綜合實訓時可以多個模塊組合使用。結構如圖1所示。

2.信號源的設計

2.1 信號源結構框圖

根據對廣泛應用的函數信號發生器ICL8038、頻率合成信號發生器、分立元件組成的信號發生器與MAX038組成的信號發生器進行試驗比較，結果都不如采用MAX038簡便和易達到要求，因為MAX038最高振蕩頻率可達40MHz，片內采用了多路選擇器，只要適當編程就可控制其三種波形從同一個引腳輸出，輸出波形切換時間在0.3μs內完成，其輸出頻率波形可以通過控制而方便地得到。信號源模塊主要提供正弦波、方波、三角波等的輸出，電路結構框圖如圖2所示。

2.2 波形發生器電路

波形發生器電路MAX038引腳分布如圖3所示。電子技術教學實訓裝置的信號源是以波形發生器電路MAX038和單片機89S52為核心，輔以D/A轉換器MAX505和數字電位器GAT5110等組成。MAX038是美國MAX1M公司的一款高頻率、高精度、低輸出電阻、驅動能力強的函數發生器芯片[1]。

2.3 波形、頻率、占空比控制電路設計

MAX038是模擬量控制芯片，利用單片機對信號發生器進行數字控制，中間要通過數模轉換電路（D/A轉換）才能對信號頻率、占空比等進行控制。根據需要選用了MAX505，它是一塊8位并行輸入，內含4路獨立的D/A轉換電路，還含有四個獨立的基準電壓輸入，可以通過功能控制引腳A0、A1、WR、LADC分別對每一路進行單獨操作，其引腳描述如圖4所示。MAX038的核心部分是一個電流控制的振蕩器，通過對引腳Iin電流的控制，就可以控制恒流源對外部電容CF的充電和放電電流，獲得三角波和方波信號輸出，對加到引腳FADJ、DADJ的電壓進行調整，控制振蕩頻率和波形的占空比，波形、頻率、占空比控制電路如圖5所示。MAX038的詳細應用在此不再贅述。

2.4 波形選擇

MAX038內部有一個2.5V的基準電壓源，由RAF端引出，這個電壓源對整機的性能很重要，各控制電路均使用該電壓源。MAX038函數信號發生器可通過單片機對其A0、A1引腳的控制，實現不同波形的選擇[2]。單片機部分的電路原理圖如圖6所示。

2.5 幅度控制

幅度控制采用LM358和數字電位器GAT5110組合成可調增益的電壓放大電路，由單片機對數字電位器進行控制，使輸出波形信號可以任意調節，適應不同要求，如圖8所示[3]。

2.6 鍵盤輸入和顯示

鍵盤采用4×4矩陣鍵盤，通過按相應鍵選擇輸出信號，電路如圖7所示，原理不再贅述。

顯示采用8位LED數碼管顯示，由專用的多功能串行LED顯示驅動器MAX7219驅動實現8位顯示，顯示電路原理略。

圖6

圖7

圖8

圖9

2.7 軟件設計

本信號源的程序主要由鍵盤掃描讀寫程序，信號產生程序，顯示程序等部分組成。需要調整的數值范圍較大，因此“增”、“減”鍵必須具有快速運算的能力。程序流程示意圖如圖9示。

3.結論

本教學實訓裝置的信號源通過單片機和單片信號發生IC加以輔助IC實現了信號的發生，能穩定地輸出所需的信號，輸出信號的各項指標保證了實訓設備的要求，性價比很高，提高了該裝置的實用價值。

[1]戴佳,戴衛恒.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].電子工業出版社,2006.P323.

[2]陳澤宗,等.單片精密函數發生器應用[J].電子技術報,1997,20(7):3-4.

[3]內山明治.運算放大器電路[M].科學出版社,2001.

鄒志明（1967—），男，大學本科，現供職于惠州市技師學院，主要研究方向：電子與信息技術。