数字化波形发生器的设计毕业设计

数字化波形发生器的设计 学生：XX 指导老师：XX内容摘要：介绍一种数字化波形发生器的设计。采用MAX038函数发生器芯片，在单片机的控制下输出正弦波、三角波、矩形波，频率、占空比可通过12位4路输出的数模转换器MAX526进行数控调节。波形的频率和幅值采用LCD显示。8选1多路模拟开关AD7501在单片机的控制下实现频段的选择。MAX038输出的幅值电压放大后送入数字衰减器AT-280进行衰减，以调整放大后的输出幅度。关键词：数控波形发生器 MAX038 MAX526 LCD模块The design of a digital waveform generatorAbstract: Introduces a design of digital waveform generator. Using MAX038 function generator chip, the microcontroller under the control of a sine wave, triangle wave output, rectangle wave, frequency, and occupies emptiescompared to a 4 way through 12 of the output MAX526 digital-to-analog converters for numerical control regulation. The wave frequency and amplitude are the LCD display. 8 choose more than one way AD7501 analog switch in under the control of the single chip microcomputer realize frequency band choice. MAX038 amplitude voltage amplifier output after into digital decay AT-280 attenuation, adjusting to enlarge the output amplitude. Keywords:Digital waveform generator MAX038 MAX526 LCD modulII目 录前言11 数字化波形发生器11.1 数字化波形发生器的特点11.2 函数信号发生器的实现方法11.3 MAX038的概述21.3.1 MAX038的主要参数22 数控波形发生器的结构组成及工作原理42.1 数控波形发生器的结构组成42.2 数控波形发生器的工作原理42.3 4路12位电压输出型D/A转换器MAX526的应用52.4 频率和占空比的数控调节原理62.5 输出幅值的数控调节73 数控函数发生器频率与幅值的LCD显示及频段选择83.1 内置SED1520的MGLS-12032图形液晶模块的应用83.2 液晶模块与单片机的接口方式84 结束语9参考文献1011数字化波形发生器的设计前言波形发生器作为常用的信号源，被广泛应用于调试,自动控制系统和教学实验等领域。目前使用的波形发生器大部分的缺点是，其体积大，可靠性差，精度低。提出一种性价比高的波形发生器，利用单片机进行函数处理，由软件控制波形输出，利用单片机进行函数处理，由软件实现波形生成，输出的数字信号再经模拟和信号放大处理后输出所需波形。1 数字化波形发生器1.1 数字化波形发生器的特点该波形发生器具有集成度高，体积小，可靠性好，精度高，价格便宜等特点。在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。用一般的信号发生器，不但笨重，而且只发一些简单的波形，不能满足需要。例如用户要调试串口通信程序时，就要在计算机上写好一段程序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序有问题。用E2000/L的波形发生器功能，就可以定义串口数据。通过逻辑探勾输出，调试起来简单快捷。在自动控制系统设计、调试和现代电子学的各个领域，经常需要高精度、高频率且频率可方便调节的正弦波、矩形波、三角波等信号作为信号源1.2 函数信号发生器的实现方法用分立元件组成的函数发生器，但通常是单函数发生器，其频率不高，工作不够稳定，不易调试。由晶体管、运放IC等通用器件制作，多用专门的函数信号发生器产生信号。早期的函数发生器芯片如8038，其功能较少，精度不高，频率上限只有300KHZ，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，且互相影响。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。目前多使用MAXIM公司开发的新一代专用函数信号发生器芯片MAX038，其输出频率范围0.1HZ-20MHZ，输出电阻0.1，非线性失真小于0.75%，输出波形有正弦波、三角波、锯齿波、方波、脉冲波，频率和占空比都易于调节。因此，MAX038被称为高频精密函数信号发生器。另外，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。但是，基于MAX038的函数信号发生器的频率和占空比调节是通过外接可调电阻来实现的，这样很难满足可调范围大、精度高、信号稳定的要求。所以，从设备的可操作性和实用性的角度考虑，根据MAX038输出频率的数控调节原理，采用微处理器作为控制单元，结合DAC和MAX038可设计成一个使用方便、精度高的数字化波形发生器。1.3 MAX038的概述MAX038是一个具有高频、高精度、低输出电阻、驱动能力强的函数信号发生器芯片。MAX038内部含有精密带隙电压参考、鉴相器和TTL同步输出，能以最少的外部元件构成一台多波形的高频函数信号发生器。MAX038是目前较为理想的信号产生集成芯片。其内部电路框图如图1.3-1所示。图1.3-1 MAX038其内部电路框图1.3.1 MAX038的主要参数MAX038芯片的核心部分是一个电流控制的基本振荡器，工作电源采用±5V，内部提供2.5V基准电源，通过外接电阻、向主振控制器的端和FADJ端提供频率粗调电流和频率细调电压；通过电阻向DADJ端提供脉冲占空比调节电压。这3个参数经主振控制器处理后，向振荡器提供充电电流，该电流对外接电容充电和放电，形成振荡，产生三角波信号A、B、C。信号A送正弦波形成电路，产生正弦波；信号B、C送入比较器1，产生方波。正弦波、方波和三角波被同时送入波形选择器，可以通过和TTL/CMOS电平兼容的地址输入(、）来选择其中的一种波形输出。另外信号A送入比较器2，产生同步信号SYNC，供外围电路使用；信号B、C送入相位检测器，产生PDO信号和PDI信号，供锁相环电路使用。电路的振荡频率为： (1-0.2915) (1-0.2915/ (式1.3.1-1)波形的占空比为： 0.5-0.174 (式1.3.1-2)当0V时，2-750A，对应中心频率为350：1的变化范围；当±2.4V时，调制频偏为±70%。当0时，波形的占空比为50%；当±2.3V时，占空比为10%-90%。在FADJ和DADJ端口的内部，设置了250A的下拉电流源，可简化外部电路设计，仅用电阻和就可以对频偏和占空比进行调整。端口由内部的运放强制为虚地，故调整频率粗调电路中的电位器就能调整输入电流，实现中心频率的调节。手动微调时，可在和FADJ之间接入可变电阻器，调整频率细调电位器可得到所需信号的频率值。如果不作频率微调，FADJ端不能开路，必须经过12K"电阻接地，达到禁止使用的目的。调整占空比调节电路中的电位器，改变MAX038输入端RADJ电压的大小，从而改变占空比。表1.3.1-1 输出波形频率范围与的对应关系电容值/pF频段/Hz10-100100-10001k-10k10k-100k100k-1000k1M-10M2 数控波形发生器的结构组成及工作原理2.1 数控波形发生器的结构组成数字化波形发生器主要由主控制器单片机89C52、键盘与显示电路、波形发生器MAX038、12位4路数模转换器MAX526、频段控制单元、幅值控制单元等单元电路组成。2.2 数控波形发生器的工作原理单片机主要完成对键盘输入的检测、对MAX038输出波形的选择、对D/A输出控制，从而完成对频率和占空比的调节及对频段的选择；键盘采用4x5的矩阵键盘，分别设置了数字键(0-9)和功能键(小数点、频段、频率、占空比、幅值、正弦波、方波、三角波、取消等）共19个键。使用时先按功能键后按数字键；显示部分采用LCD显示频率（6位）和幅值（4位）；MAX038函数发生器芯片是系统的核心部分，在单片机的控制下输出正弦波、三角波、矩形波，且波形的频率和占空比易于调节；12位4路输出的数模转换器MAX526在单片机的控制下，输出2-750A的电流及±2.4V和±2.3V的电压，分别进行频率、占空比的调节；频段选择单元采用8选1的多路模拟开关AD7501，在单片机的控制下使每一路分时选通，将不同的电容值接入MAX038电路中，就可确定输出频率范围，即频段，共有6个频段供选择切换，输出波形频率范围与的关系如表1所示。幅度控制单元主要调节输出信号的幅度，MAX038输出端OUT的2V幅度值通过放大器放大后送入数字衰减器AT-280中进行衰减，调整放大后的输出幅度。键盘输入与显示、频段选择及数控调节电路原理图如图2.2-1图2.2-1 键盘输入与显示、频段选择及数控调节电路原理图2.3 4路12位电压输出型D/A转换器MAX526的应用MAX526是4路12位电压输出型D/A转换器，模拟量电压输出为：(×)/4096。8位数据总线，数据通过两次写操作(低8位LSB，高4位MSB)装入各输入寄存器，并通过异步装载DAC输入信号将输入寄存器数据装入DAC寄存器。MAX526转换时间为3s，与TTL/CMOS电平兼容，只有1LSB不可校正线性误差的优点，使其广泛地应用在数字增益校正、工业控制、自动测试设备等方面。MAX526的、是4通道模拟量输出引脚；控制信号CSMSB、CSLSB为高低字节位选择，当CSLSB为0时低8位数据输出，CSMSB为0时高4位数据输出。控制信号LDAC为0时将各自输入寄存器的内容转换到其各自独立的DAC寄存器。控制信号、为通道选择信号；数据线，与复用；WR为写控制信号；基准电源信号是A、B模拟量基准输入，是C、D模拟量基准输入。MAX526通过、选择DAC以便区分访问的是哪个通道，通过CSMSB、CSLSB、WR这3个信号区分将转换数据装入到、已选择的各个输入寄存器的内容，并区分写入的数据是高4位还是低8位。MAX526编程设计时通过LDAC控制各个通道DAC寄存器的转换实现。在接口电路中，将LDAC与单片机的相连，以便查询其工作状态。另外，MAX6325是一个电压基准信号源，提供MAX526所必须的外接电压参考。2.4 频率和占空比的数控调节原理MAX038的输