基于MSP430的函數信號發生器設計方案

摘 要： 信號產生部分采用信號發生芯片MAX038，以MSP430單片機為微控制器，進行各種功能操作，完成輸出信號的波形、頻率、幅度的調節。MAX038輸出的頻率經過一級跟隨器送給OPA300和74HC00構成的波形整形電路對波形進行轉換和整形變換成方波信號，再將次信號進行分頻，分頻后的信號送入msp430進行測量。用LCD顯示器，實時顯示輸出信號參數。控制部分及信號測量部分由msp430單片機實現。

關鍵詞： 函數信號發生器 發生芯片MAX038 單片機

引言

函數信號發生器可以產生正弦波、方波、三角波三種信號，輸出頻率頻率范圍為1KHZ-1MHZ。分為三個檔位：1KHZ-10KHZ、10KHZ-100KHZ、100KHZ-1MHZ。輸出頻率可以用頻率電位器（多圈精密電位器）調節，輸出信號幅度（Vpp）從50mv到9V可調。波形切換通過一個按鍵實現，并且可以從液晶顯示上可以顯示當前輸出的波形，頻率值和信號幅度值。信號產生部分電路圖采用精密函數信號發生器MAX038。信號處理部分采用TI公司的OPA300，TL082等運放構成。

1.方案設計

能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數信號發生器。函數信號發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途，但是以往產品中的信號發生器，往往體積較大，還要外部供電，給戶外需要用到信號發生器的地方帶來不便。如果能把整機功耗降下來，體積做小，并且采用電池供電，這樣就可以做出便攜式函數信號發生器。整體電路共分為一下幾部分：信號產生模塊，后級放大模塊，信號整形分頻模塊，信號頻率測量模塊，信號幅度測量模塊，又可分為硬件設計和軟件設計[1]。

2.信號產生電路設計

圖1中電位器RP1是頻率調節電位器，滿足精度要求，所以選擇高精度的多圈電位器。電位器一段連接max038的1腳REF端，REF輸出標準電壓2.5V。另一端連接max038的10腳IN輸入端，通過調節電位器RP1可以改變10腳IIN的值，從而改變輸出頻率值。J1、J2、J3是小型多檔位繼電器，作為檔位切換開關，當J1跳變時，選擇C1為振蕩電容。在前期設計中從采用過模擬開關實現檔位的切換，但是模擬開關存在導通電阻，在選擇振蕩電容后，因為存在電阻所產生的頻率不穩定，所以存在較大的誤差。

3.波形選擇

MAX038可以產生正弦波、方波或三角波。具體的輸出波形由地址A0和A1的輸入數據進行設置，如表1所示。波形切換可通過程序控制在任意時刻進行，而不必考慮輸出信號當時的相位。那么A0，A1的狀態值可有單片機控制。有msp430F149的P2.4，P2.5的狀態控制。

4.信號處理模塊

MAX038產生的正弦波、三角波、方波是不可以直接送給msp430單片機進行測量的，那么就要一部分電路實現對信號的轉換整形及分頻。這部分電路運用TI公司的高速低噪聲單電源CMOS運放OPA300及一寫數字邏輯芯片構成。OPA300的增益帶寬GBW為150MHZ，準換速率Slew Rate為80V/us。完全可以轉換1MHZ，峰峰值為2v的信號。電路圖如圖2所示，圖中前級兩個OPA300構成比較器，參考電壓為0伏，當UINz正向過零時，U01為低電平，U02為高電平，當UIN反向過零時，U01為高電平，U02為低電平，從而將正弦波轉換為方波。因為OPA為單電源供電，所以輸入電壓負值要小于0.3VCC，要對輸入信號電壓進行分壓，UIN/3=1/3=0.33，負峰值為-0.33，-0.33>-0.3*VCC，符合要求。取R9=3K，R10=1K。

5.信號幅度放大

后級信號放大由運放LM318構成電路，LM318的增益帶寬為20MHz，速率為50V/us完全可以滿足要求。從max038出來的信號幅度只有Vpp=2V，經過下面電路放大，可以達到Vpp=5V，調節RP3可以改變輸出信號幅度。見圖3

6.LCD顯示模塊

顯示部分采用液晶顯示，相對于數碼管LED而言耗低了很多。這樣整機功耗又減少了許多，而且顯示界面更加清晰，人機交互界面更友好。

7.PCB電路圖的設計

整體電路主要分為模擬電路和數字電路兩部分。除了遵守常規電路布線規則外，在模擬電路部分最難處理。其中MAX038的幾個振蕩電容連接到osc引腳的線盡量短，而且在它周圍要用地線形成包絡網絡。還有對信號線的處理要謹慎，信號線盡量短。對于模擬地和數字地不要直接連接，之間可用0歐姆的電阻加以隔離。模擬器件與數字器件要單獨供電，一些器件供電端應該加退耦電容，做好退耦措施。模擬電路和數字電路的敷銅要分開敷銅，信號輸出引線采用屏蔽線。

結語

函數信號發生器在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途，在鎖相環、壓控振蕩器、頻率合成器、脈寬調制器等電路的設計上，MAX038都是優選的器件。現在社會正置于能源緊缺階段，很多電子產品都往功耗方向發展。便攜式函數信號發生器的實現，適應戶外需要使用函數信號發生器的場合，但是想把它做好也不是那么容易的，制作過程中遇到很多問題，在解決問題的同時也學到了很多。

參考文獻：

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