基于MAX038的程控函數(shù)信號發(fā)生器的設計

0 引言

在現(xiàn)代電子技術的研究及應用領域。常常需要高精度且頻率可調(diào)的信號源。MAX038是MAXIM公司開發(fā)的新一代專用函數(shù)信號發(fā)生芯片，它可以產(chǎn)生正弦波、方波和三角波等三種波形，而且頻率和占空比獨立可調(diào)。本文設計了一種由LPC2114、MAX038、D／A轉換器以及八選一模擬開關CD4051等構成的程控函數(shù)信號發(fā)生器。研究了LPC2114通過D／A轉換器實現(xiàn)對MAX038頻就緒和占空比的調(diào)控方法。給出了在0.1Hz～20MHz內(nèi)產(chǎn)生精確的正弦波、方波和三角波的方法。此外，本函數(shù)信號發(fā)生器還具有可調(diào)范圍大、精度高、信號穩(wěn)定等特點，可以應用于各種電子測量和控制場合。

1 MAX038的主要特性

MAX038是MAXIM公司生產(chǎn)的一種具有高頻、高精度、低輸出電阻而且驅動能力很強的函數(shù)信號發(fā)生器芯片。它的內(nèi)部電路主要由振蕩器、振蕩頻率控制器、2.5 V基準電壓源、正弦波形發(fā)生器、比較器、多路模擬開關、相位比較器組成。MAX038主要性能特點如下：

◇能精密地產(chǎn)生正弦波、矩形波(含方波)、三角波信號。
◇頻率范圍從0.1 Hz～20 MHz，最高可達40MHz，各種波形的輸出幅度均為2 V(P-P)。
◇占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍為10％～90％。
◇波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比調(diào)節(jié)時的非線性度低于2％。
◇采用±5 V雙電源供電，允許有5％變化范圍，電源電流為80 mA，典型功耗400 mW，工作溫度范圍為0～70℃。
◇內(nèi)設2.5 V電壓基準，可利用該電壓設定FADJ、DADJ的電壓值，從而實現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。

2系統(tǒng)構成與工作原理

2.1系統(tǒng)整體構成

一系統(tǒng)主要是由主控制器LPC2114、函數(shù)發(fā)生器MAX038、D／A轉換器、LED顯示、鍵盤、波段切換，波形處理和峰值檢波等部分組成，其整體結構框圖如圖1所示。

系統(tǒng)中的LPC2114是一款基于ARM7TDMI的微控制器，其結構是基于精簡指令計算機(RISC)原理設計的，具有許多比以前8位微控制器更豐富和先進的性能。由于LPC2114具有非常小的64腳封裝、極低的功耗、4路10位ADC、46個GPIO以及多達9個外部中斷，并且內(nèi)嵌一個128KB的高速FLASH存儲器，因此，特別適用于工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、訪問控制和電子收款機(POS)。

作為本系統(tǒng)的主控制器，LPC2114可通過D／A轉換器和八選一模擬開關實現(xiàn)對MAX038的波形選擇以及頻率和占空比調(diào)節(jié)，同時具有LED顯示控制和鍵盤控制功能，此外，PLC2114還可以通過自帶的ADC對波形的峰值進行測量。LED顯示可同時輸出頻率(6位LED)和幅度(4位LED)。系統(tǒng)中的波形處理主要是對MAX038輸出的波形進行電壓放大和功率放大。并加入直流偏移。峰值檢波電路則以AD8021為核心組成電壓峰值保持電路，以便對波形的幅度進行實時測量。

2.2系統(tǒng)控制電路與工作原理

LPC2114主要通過D／A轉換器TLC5618、DAC0832和八選一模擬開關CD4051對MAX038輸出的波形、頻率以及占空比進行控制。其控制電路如圖2所示，其中端口OUT為MAX038的波形輸出端，其它端口連至LPC2114相應引腳。

LPC2114通過對A1和A0端的不同設置來選擇不同的波形。當A1為高電平、A0為任意時，輸出波形為正弦波；當A1、A0同時為低電平時，輸出波形為方波；當A1為低電平、A0為高電平時，輸出波形為三角波。MAX038輸出波形的頻率由輸入引腳IIN的電流IIN、引腳COSC接人的電容量Cf以及引腳FADJ的電壓VFADJ決定，其中輸出波形的基頻由電流IIN和Cf決定。若輸出波形的基頻為f0，那么，VFADJ時0V，f0的計算公式為：

通過VFADJ可以對輸出波形的頻率進行細調(diào)，當VFADJ在±2.4 V之間變化時，調(diào)制頻偏為±70％。設實際輸出的頻率為，則它們的關系為：

其中，電流IIN由DAC0832經(jīng)過一個電壓／電流轉換網(wǎng)絡提供。當DAC0832輸出電壓在0～5 V變化時，經(jīng)過6.7 kΩ的電阻即可獲得0～750μA的電流。通過控制八選一模擬開關CD4051來選擇Cf的電容量，從而確定頻率范圍(即頻段)。本系統(tǒng)共有8個頻段供切換，輸出頻率范圍與Cf的對應關系如表1所列。

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