基于MAX038的多波形函数信号发生器

存档日期：存档编号：徐州师范大学本科生毕业论文（设计）论文题目：多波形函数信号发生器的设计姓名：学号：专业：电气工程及其自动化年级：06级指导教师：科文学院教务部印制I摘要波形发生器是电子设计以及教学、科研中应用最广泛的仪器之一。如果能用相对简单的实现方式和较少的成本产生具有优秀稳定度和精确度的常用波形，无疑将在这些领域中得到广泛的应用。本文在介绍马克西姆公司MAX038芯片基本特性的基础上，论述了采用MAX038芯片来设计多波形函数信号发生器的原理以及整体的结构设计。辅以控制软件和特别的外围电路设计，就能实现一个低成本、多功能、高精度、输出频率连续可调的频率合成式波形发生器。并对其振荡频率控制、信号输出幅度控制、频率和幅度的控制作了比较详细的论述。最后根据MAX038的特点，设计了控制程序和外围电路。该函数信号发生器可输出三角波、方波、正弦波。关键词：MAX038函数信号单片机IIAbstractAwaveformgeneratorisoneoftheinstrumentsmostinuseinelectronicdesign,teachingandscientificresearch.Ifalowcostwaveformgeneratingcircuitprovidesexcellentstabilizationandprecision,itwillbeobviouslywideusedintheas-pactsabove.BasedontheintroductionofMAX038,Idiscussedtheprincipleandthewholeframeofthedigitalfunctionsignalgeneratorandsomeparticularhardwareenvironmentcanproducealowcost,multifunction,precisionfrequencysynthesizedwaveformgeneratorwhichwillprovideafrequencyoutputadjustedcontinuously.Idescribedthecontroloftheoscillatoryfrequent,amplitudeandthedigitaldisplayindetail.AccordingtothefunctionsandstructurefeathersofMAX038,additionalcontrolsoftware,DACcircuitanddigitalautofrequencyrangeswitchcircuitaredesignedtoavoidtroublesomemanualswitchesandimpreciseoutputfrequencyofmostothergenerators.Thegeneratorcanoutputthreekindsofwaves:sinewave,squarewave,trianglewave.Keywords:MAX038;FunctionSignal;Single-chipmicroprocessorIII目录摘要..................................................IAbstract...............................................II1.绪论................................................12.1概述........................................................22.2设计指标....................................................22.3方案论证与比较..............................................22.4MAX038芯片介绍..............................................32.5芯片引脚....................................................42.6系统框图及原理..............................................62.7频段调节控制................................................72.8频率、幅值、占空比控制......................................82.9输出信号的放大处理.........................................102.10本章小结..................................................103．系统硬件的设计......................................113.1系统总体设计...............................................113.2单片机介绍及外围电路.......................................113.3频率、占空比调节...........................................143.4输出信号的放大处理.........................................163.5电源电路...................................................173.6键盘设计...................................................183.7本章小结...................................................184．系统软件设计流程图...................................194.1主程序流程图...............................................195.系统分析总结与展望...................................20致谢...................................................22参考文献...............................................23IV附录.................................................251单片机程序...................................................252系统完整电路图...............................................28徐州师范大学本科生毕业设计多波形函数信号发生器的设计11.绪论在现代社会中，自动化技术早已渗透到社会生产的各个领域中。高精度、宽频率、高稳定性的信号发生器对于所属整体系统性能的改善和提高起着至关重要的作用。传统的函数信号波形发生器如8098等等，通常由晶体管、运放IC等分立元件制成。其发出的信号的稳定性，信号的失真度，频率的范围大小，都不是很理想。于此相比，基于MAX038的多波形函数信号发生器具有信号输出频率高、波形稳定、失真小、可控性强等特点。利用信号进行仪器的控制已是自动控制理论中的一个重要的手段。那么，一个幅度、频率、稳定性、占空比以及波形可调的信号发生器的设计和完成更具有实际价值。只要将这个函数信号发生器设的设计思路掌握好，不但可以融会贯通所学的专业知识，还可以在今后的工作中作为参考，用来控制其他设备。多波形函数信号发生器是电子实验室的基础设备之一，目前各类学校广泛使用的是标准产品，虽然功能齐全、性能指标高，但价格较贵。本文介绍一种由马克西姆公司MAX038设计的简易信号发生器，该器件结构简单，虽然性能指标赶不上标准信号发生器，但能满足一般的实验要求。其成本低、体积小、便于携带等特点，亦可作为电子产品维修人员的随身设备之一。基于MAX038的多波形函数信号发生器设计，本课题的设计目的是充分运用大学期间所学的专业知识，结合现在正在使用的信号发生器的基本功能，完成一个基本系统的设计全过程。通过MAX038来产生一系列有规律的幅度和频率可调的方波、三角波和正弦波，这样的一个多波形函数信号发生器在控制领域有着相当广泛的应用范围。本文主要分五大部分：绪论、系统概述和设计方案、硬件部分、软件部分、总结。绪论首先对课题背景和所涉及的技术领域进行介绍；第一章对系统所要完成的功能进行讲解，确定系统的主要参数，第二章对系统的硬件结构和各部分组成进行简要的介绍；第三章软件部分，这部分重点介绍了主程序的流程图及驱动程序。最后对全文进行了总结与展望。徐州师范大学本科生毕业设计多波形函数信号发生器的设计22．系统概述和方案设计2.1概述信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。2.2设计指标信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形，输出信号频率在0.1Hz～20MHz范围内可调，输出信号频率可分段调节：在0.1Hz～1Hz范围内步步进间隔为0.11Hz，在1Hz～10Hz范围内步进间隔为1Hz，在10Hz～1KHz范围内步进间隔为10Hz；在1KHz～20MHz范围内步进间隔为1KHz。输出信号频率值可通过键盘进行设置；在1KW负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值在0～20V范围内可调；输出信号波形无明显失真。2.3方案论证与比较函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：方案一：用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。方案二：可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如8038等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300KHz，无法产生更高频率的信号，徐州师范大学本科生毕业设计多波形函数信号发生器的设计3调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。方案三：利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了方案二中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。方案四：利用专用直接数字合成DDS芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。通过对以上四种方案的比较，我们可以看出几种方案的优缺点：方案一：结构很简单，制作容易，但是输出信号有频率线性度差、频率稳定度低、频率分辨率低、频率变换时间比较长，相位噪声大以及人机界面不友好等缺点。方案二：电路结构简单，但在频率分辨率、频率变换时间、相位噪声等方面都不如方案三。方案三：结构相对复杂，但具有输出频率稳定性高，频率输出