基于MAX038的信号源的设计

基于MAX038的信号源的设计【摘要】：本文设计的是一种基于MAX038的信号发生器。以STC89C52单片机作为控制模块，按键作为波形选择模块，以LCD1602作为显示模块，NE5532作为放大模块。本设计可以调节波形的占空比和频率，通过调节MAX038中FADJ与DADJ管脚的电压，分别来控制波形的频率和占空比。在频率显示部分，输出波形经过比较器产生方波，方波的频率与实际输出波形频率相同。用方波触发单片机中断，单片机算出此时频率，最后通过显示屏显示出来。这个方案的主要频率范围是1HZ1MHZ，幅度范围是0V5V。芯片可以输出三角波、方波、正弦波。输出波形频率可调，幅度可调，占空比可调。LCD显示波形种类和频率。【关键词】：MAX038；信号发生器；单片机Abstract:ThisdesignisbasedonaMAX038signalgenerator.InSTC89C52microcontrollerastheprocessor,buttonstoselectthetypeofoutputwaveform,LCDdisplaysfrequencyandtypesofwaveforms,NE5532amplifiedwaveformamplitude,switchtoselectthebandwaveform.Thisdesigncanadjustthedutycycleandfrequencyofthewaveform.DesignbyadjustingthevoltageFADJwithDADJpinMAX038,respectively,tocontrolthefrequencyanddutycycleofthewaveform.Infrequencydisplaysection,theoutputwaveformthroughthecomparatorgeneratesasquarewavewiththesamefrequencyandtheactualfrequencyofthesquarewaveoutputwaveform.Squarewavetriggeredbythemicrocontrollerinterrupt,themicrocontrollercalculatesthefrequencyatthistime,andfinallythroughthescreendisplay.Thefrequencyrangeofthemainprogramis1HZ-1MHZ,theamplituderangeis0-5Vcanbeadjusted.Chipcanoutputatrianglewave,squarewave,sinewave.Adjustableoutputwaveformfrequency,amplitude,adjustabledutycycle.LCDdisplaytypeandfrequencyofthewaveform.Keywords：MAX038;signalgenerator;SCM.第页目录前言.2第1章系统方案.3第1.1节设计思路.3第1.2节方案论证.4第1.3节最终方案的确定.5第2章理论分析计算.6第2.1节频段选择参数计算.6第2.2节频率细调参数计算.7第2.3节占空比参数计算.7第2.4节输出信号的放大处理.8第3章硬件电路设计.10第3.1节STC89C52介绍及其外围电路工作原理.10第3.2节MAX038介绍及其外围电路工作原理.12第3.3节频率细调电路.14第3.4节占空比微调电路.14第3.5节输出幅度控制.15第3.6节MAX038信号频率自检电路.16第3.7节显示模块设计.17第3.8节电源部分设计.18第4章软件程序的结构和设计.19第4.1节软件设计和分析.19第4.2节软件主要模块流程图.20第5章系统测试.22第5.1节测试方案.22第5.2节测试结果.22结论.25参考文献.26致谢.27附录.28附录1：实物照片说明.28附录2：部分源程序.29第1页前言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。本文设计了一种基于MAX038的信号发生器，对系统结构组成、控制原理及系统软件设计进行了具体的阐述，本文通过选择不同的电容来选择频段，又由电位器来微调使得主要频率范围在1HZ-1MHZ之间。单片机来控制输出波形，运放控制输出幅度。使得幅度范围在0V-5V之间。LCD1602显示输出波形种类和频率。设计以MAX038作为主芯片，就MAX038芯片而言他有一下优点：输出频率高，频率范围高，失真度小，可控性强。弥补了其他发生器的不足，而且还有灵活的调节方式，外围结构简单，成本低。第2页第1章系统方案第1.1节设计思路要求设计并制作一个基于MAX038的信号源，该实现以下功能:基本要求：1）输出频率在1HZ到1MHZ之间。2)输出幅度在0V到5V之间。3)该系统可以发出三角波，正弦波，方波和相关调制波形。4)波形不严重失真。提高部分：1)可以调节输出波形的占空比。2)可以调节输出波形的频率。3)用显示模块显示输出波形的种类和频率。根据要求，本设计主要是使用MAX038为主芯片输出波形，能够改变输出信号的频率、幅度、占空比。可以输出三角波，正弦波，方波。基于设计的要求，系统设计了以下几个基本模块：单片机控制模块、电位器控制模块、键盘模块和液晶显示模块。系统组成如图1-1所示。液晶显示CPU控制电路单片机STC89C52控制键盘波形主芯片MAX038输出波形频段电位器幅度控制电位器频率微调图1-1信号发生器系统框图第1.2节方案选择方案一：使用DDS芯片。利用专用数字合成芯片DDS信号发生器，能产生任意波形，可以达到很高的频率，但是价格较高。方案二：使用FPGA来实现。FPGA与CPLD片内资源丰富，但是外部电路复杂编程第3页困难。方案三：使用555触发器作为主芯片，使用基本RC电路与运放，将基本的方波变换为指定的三角波，方波，正弦波。外部电路复杂。控制困难。方案四：使用MAX038作为主芯片，STC89C52作为控制部分。芯片本身可以产生方波、三角波、正弦波。并且可以通过控制芯片的管脚电压来控制输出波形的占空比和频率。结构简单，操作方便方案选择：选择方案四。因为方案四的外部结构简单，价格便宜，程序编写简单。集成度高。第1.3节方案论证1.3.1.按键模块方案一：使用非编码键盘输入。它的原理是非编码式键盘将按键排列成矩阵的形势，由硬件或软件随时对矩阵扫描，一旦某一键被按下，该键的行列信息即被转换为位置码并送入主机，再由键盘驱动程序查表，从而得到按键的ASC码，最后送入内存中的键盘缓冲区供主机分析执行。非编码式键盘由于结构简单，按键重定义方便而成为目前最常采用的键盘类型。方案二：。使用编码键盘输入。全编码键盘是由硬件完成键盘识别功能的，它通过识别键是否按下以及所按下键的位置，由全编码电路产生一个唯一对应的编码信息(如ASC码)。方案选择：方案一来说非编码式键盘设计相对简单，成本低廉。即便改变了键盘的布局，也只要将新的键位信息刷到查找表中即可，但是编码式键盘要重新整合布线。方案二接口电路简单。硬件电路复杂。我选择方案一。因为此实验所需的按键比较简单，按键与单片机接口相对简单。方案二的外围电路比方案一要复杂。1.3.2.系统控制模块方案一：选择STC89C52。STC89C52内部RAM扩展为512字节，内部FLASH达到8K，拥有3个定时器，支持ISP与IAP，有8个中断源，4个优先级。抗干扰能力强，关键是双倍速。支持通用串口烧写。方案二：选择AT89C52，AT89C52的内部RAM扩展为256字节，AT89C52的内部FLASH达到8K。拥有3个定时器，只支持并口烧写器。方案选择：选择方案一。因为AT89C52与STC89C52相比，价格相差不多，但是STC89C52的速度较快，抗干扰能力强，产生的干扰少。由于本设计涉及高频电路，对电路抗干扰能力要求较高，并且要对产生的信号进行自检，对单片机速度要求比较高。1.3.3.放大系统模块第4页方案一选用运放LM324。LM324由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器组成。它低功率，带宽为1.2MHZ，针脚数目为12，工作温度范围在0度到70度之间。增益带宽为1.2MHZ，电源电压最大为32V，最小为3V。方案二：NE5532是高性能低噪声双运算放大器集成电路。双运算放大器的通道数为2，增益带宽为10MHZ，转换速率为（9V/us）。静态电流为8mA。方案选择：方案一适合于低频的幅度放大，属于普通运放。他的增益带宽为1.2MHZ，电压转换速度慢。方案二的增益带宽为10MHZ，电压转换速度较快。由于我做的实验为频率要求较高，对转换速度要求较高，所以我选择方案二。避免由于运放带宽太小、转换速度慢，导致波形在高频段失真。第1.4节最终方案的确定通过论证，系统选择以MAX038作为主芯片。选用了非编码键盘做波形选择器；选用了STC89C52作为控制器；系统显示部分选用LCD1602液晶显示器。由于主芯片产生的波形的幅度在0V-2V之间达不到5V，并且设计对频率要求比较高，所以我们选择运放NE5532。第5页第2章理论分析计算第2.1节频段选择参数计算MAX038的输出频率和FC电容与IIN端的电流间的关系如图2-1所示。确定一个FC值，当IIN端的电流从2A到750的变化时，对应产生一个频段的频率范围。经实验调整，我们选择了一系列的如表2-1所示，并确定了各FC所对应的频段和频率范围12f。由于系统通过电位器控制IIN端电流和FADJ端电压。0.11101001K10K10M100M100K1M1001101000IIN电流100nf10nf1nf100nf33pf100pf33pf10pf图2-1输出频率与IIN电流及振荡电容FC的关系另外,由于相邻频段之间存在着频率重叠现象。且考虑到各频段对应的误差大小不同,因此设定各频段的实际起止频率围:f3,f4,以期获得最小的误差。他们的关系如表2-1所示表2-1输出波形频率范围与CF的关系表频段号CFf1(2A)f2(750A)f3f4110pf200kHz65MHz600kHz1MHz222nf2kHz650kHz6kHz600kHz30.22F20Hz6.5kHz60Hz6kHz42.2F0.2Hz65Hz1Hz60Hz在5脚COCS接上电容FC以后，10脚IIN是频率控制的电流输入端，利用恒定电流IN向电容FC充电和放电，便可形成振荡。IN是受8脚FADJ和7脚DADJ端电压的控输出频率第6页制，振荡频率由下式确定。552.0INREFVC(2-1)因为我们要求的频率范围在1Hz1MHz,分四个频段来满足要求，在每个频段上连续可调，由芯片内部参数可知道，当INA时，FC的容量范围可以在10FCp时，芯片有较好的性能。因此，有2-1式可知5REFINV(2-2)为了方便调整，本设计将电阻固定下来，使得510K这时，由2-2式可知5REFI（2-3）通过计算得250INuA，这时根据公式2-1可以得到OF的大小与FC有关系。与其他无关，使得频段选择更加简单。将不同的电容值带入公式2-1我们可以分别计算出基准频率。1）频段一：F1=113.64HZ2）频段二：F2=1136.36HZ3）频段三：F3=11363HZ4）频段四：F4=250KHZ第2.2节频率细调参数计算MAX038的核心部分是一个电流控制的振荡器，通过恒定电流对外部电容CF充电和放电，获得三角波、方波和正弦波信号输出。控制频率微调的是MAX038的FADJ管脚。在管脚电压在当FADJV2.4时，调制频偏为70%。所以通过计算得0(195)(10.295)/FADJINFADJfVVC（2-4）本设计并没有选用在FADJ端直接输入电压变化的方法来改变频率，而是选用在REF-FADJ端直接接入一个可变电阻4R，通过改变FADJ端的外部电阻大小来改变频率。MAX038内部FADJ端电流以250uA恒流至V-端，4R的阻值由下式确定。4EFADJVI(2-5)例如，将2.5REFV，2.0FADJ带入上式，那么418K。由于FADJ.4，那么将数值带入公式所得出电位器R的范围在09.6之间，所以电位器选用50K即可。第7页第2.3节占空比参数计算MAX038的占空比的调整有两种方式：一种是利用内部基准电压源调整，另一种是利用外加电源调整，为使电路简单，采用第一种调整方式。改变DADJ端的电压，能控制波形的占空比。当0DAJV时占空比为50%（允许有2%的误差）。DAJV由+2.3V变化到-2.3V时，占空比变化范围为10%90%，1V电压可使得占空比变化为17.5%，那么占空比的计算公式为0.5174DAJT(2-6)手动调节占空比时，需要在REF-DADJ端之间接入可调电阻3R，REF给DADJ端一个恒定为250uA的电流，所以3REFDAJVI(2-7)当我们的DAJV为-1.5V时，我们的占空比T=23.9%，316RK。我们将DAJV管脚电压在+2.3V变化到-2.3V变化带入式子2-7计算的我们需要的电阻为80可调，所以我们可以选用50K大小的电位器。在调节占空比的时候我们应该避免输出频率的变化。当15%T时，对频率影响最小，f。第2.4节输出信号的放大处理MAX038输出波形的幅值为2V(P-P)，最大输出电流为20mA，输出阻抗的值为0.1。可直接驱动100的负载。为了得到更大的输出幅度和驱动能力，就需要对波形信号作进一步处理。那么我们必须选用运算放大器。在选择运算放大器时我们必须考虑以下问题：首先，放大电路要求具有较高的带宽，因为输出信号的要求在1HZ-1MHZ之间，在频率比较高时会失真，只有高宽频才能得到不失真的输出波形。其次，高频信号放大必须要有较高的电压转换速率。另外，放大电路的电流输出能力也是个重要参数。放大电路必须要有持续电流输出能力。另外由于设计的放大部分要求幅度在0V-5V之间可调，而MAX038输出幅度为恒定2V，那么我将设计一个两级运放的放大电路，第一部分采用正向放大电器，第二部分采用反向放大器。第一部分其电压增益公式为2-8（我们用Ra，Rb来定义电位器左右两部分电阻大小）1bVaRA（2-8）由式子2-8我们可以看到正向放大器的放大倍数是大于1的，可以满足2V-5V之间第8页的电压调幅。第二部分反向增益公式为2-915242VRA(2-9)公式中1520RK只要调节电位器R14的大小就可以调节放大倍数，R14越大，缩小倍数越多。在放大电路部分电阻选择上我选择固定电阻R14，R15为10K，原因是在于要是使用小电阻那么输入电阻过小，输入信号电流比较大，灵敏度比较低：要是使用电阻太大会增大放大器噪声。一般来说选择的电阻大小在1K-100K之间。R16=10K，电位器R14=10K。因为是高频电路容易产生误差。我在NE5532的2管脚和5管脚使用了保护电阻，它也称为补偿电阻。有保护电阻的好处是可以降低共模干扰，防止零点漂移。在普通放大电路可以不考虑但是在高频电路中需要考虑。电路中的C17与C10为防干扰电阻，主要阻止高频杂波，防止寄生震荡。电容大小选用小电容0.1uf比较合适。第9页第3章硬件电路的设计第3.1节STC89C52的介绍及其外围电路工作原理我设计的基于MAX038信号源的设计通过按键模块，显示模块，控制模块，信号发生模块，和放大模块5个部分组成，下面我将详细讲解。首先介绍下我选用的STC89C52。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含4个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89C52可以使用ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）写入程序，无需专用编程器，无需专用仿真器，可以通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序。主要功能特性兼容MCS51指令系统8k可反复擦写(100000次）FlashROM32个双向I/O口512x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-40MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接第10页电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，这里选择使用石英晶体。也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路的情况时，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。这里选择接石英晶振。STC89C52如下图3-1所示。图3-1STC89C52管脚图3.1.1.STC89C52外围电路介绍图3-2中的芯片是STC公司的单片机芯片STC89C52，工作在11.0592MHz频率下，P1.3，P1.4，P1.5分别为单片机的外围键盘接口，当按键一按下，引脚P2.0和P2.1输出数字信号01，控制MAX038输出正弦波；按键二按下，引脚P2.0和P2.1输出数字信号00，控制输出方波，按键三按下，引脚P2.0和P2.1输出数字信号10，控制输出三角波。P3.2为自检波形的输入口，将时钟信号输入单片机处理后，经由单片机的P0.0P0.7输出给LCD1602显示；P1.0，P1.1，P1.2分别接LCD输入、输出管脚和使能端，控制LCD1602的运作。P3.0，P3.1是将程序写入单片机的接口。第11页EA/VP31X928RSTD7W6IN045LGCUY容om图3-2STC89C52外围电路第3.2节MAX038的介绍以及其外围电路的工作原理3.2.1.MAX038介绍MAX038是美国MAXIM（马克希姆）公司应市场的需求而研制的单片集成高频精密函数发生器，具有较高的频率特性、频率范围很宽、功能较全、单片集成化、外围电路简单、使用方便灵活等特点。内有主振荡器、波形变换电路、波形选择多路开关、2.5V基准电压源、相位检测器、同步脉冲输出及波形输出驱动电路等。其主要优点有：1)能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。2)频率范围从0.1Hz20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V3)占空比调节范围宽，占空比和频率均可单独调节，二者互不影响，占空比最大调节范围是1090。4)波形失真小，正弦波失真度小于0.75，占空比调节时非线性度低于2。5）采用5V双电源供电，允许有5变化范围，电源电流为80mA，典型功耗400mW，工作温度范围为070。6)低温度漂移：200PPM。7)低阻抗输出缓冲器：0.1；8)内设2.5V电压基准，可利用该电压设定FADJ、DADJ的电压值，实现频率微调和占空比调节.下面是MAX038的引脚图以及各引脚的作用，图3-3为MAX038实物图，表3-1为MAX038各管脚的作用图解第12页表3-1MAX038各管脚作用引脚号名称功能1REF2.50V带隙基准电压输出端2GND地3A0波形选择输入端，TTLCMOS兼容4A1波形选择输入端，TTLCMOS兼容5COSC外部电容连接端6GND地7DADJ占空比调整输入端8FADJ频率调整输入端9GND地10Iin用于频率控制的电流输入端11GND地12PDO相位检波器输出端。如果不用相位检波器则接地13PDI相位检波器基准时钟输入端。如果不用相位检波器则接地14SYNCTTLCMOS兼容的同步输出端，可由DGND至DV+间的电压作为基准15DGND数字地。让他开路使SYNC无效，或是SYNC不用16DV+数字+5V电源。如果SYNC不用则让他开路17V+5V电源18GND地19OUT正弦波、方波或三角波输出端20V-5V电源第13页1820191716151413121112543678910OUTV-GNDV+DV+DGNDSYNCPDIPDOGNDIINGNDFADJDADJCOSCA1A0REFGNDGNDMAXIMMAX038图3-3MAX038芯片图3.2.2.MAX038波形产生电路模块MAX038的输出波形由A0，A1口的逻辑电平所决定的。而且逻辑电平的输入是由单片机P2.0与P2.1所控制的。MAX038输出波形与A0，A1的关系如下表3-2所示。表3-2MAX038A0，A1口与输出波形关系A0A1波形00矩形波01正弦波10三角波11正弦波在图3-4中5管脚接电容，调节频段，通过不同大小电容产生不同的震荡频率来确定基频。REF管脚输出+2.5V电压，通过外部电路调节FADJ和DADJ的管脚电压。FADJ调节的是信号的频率，DADJ调节的是信号的占空比。单片机由按键选择后输出给MAX038不同的数字信号，MAX038的A0A1脚接收到信号后，通过19管脚输出三角波，正弦波，方波。HKot_L图3-4MAX038外围电路第3.3节频率细调电路在MAX038芯片中，频率可以由COSC管脚接入的电容来确定基频。但是我们也可第14页以通过控制加载在FADJ管脚的电压来微调频率。其关系是，当在加载在FADJ的电压范围在-2.4V+2.4V之间，那么输出频率是基频的70%之间。当我们移动电位器R4就可以改变FADJ管脚的电压。下图3-5是频率细调电路。REF1GND2A034COS56J789HPIYV+UT-MXKot_L图3-5频率细调电路第3.4节占空比微调电路在MAX038芯片中占空比可调，本实验主要通过调节脚DADJ端的电压来实现占空比可调的。当0DAJV时占空比为50%（允许有2%的误差）。DAJV由+2.3V变化到-2.3V时，占空比变化范围为10%90%，1伏电压变化可使得占空比变化为17.5%。我们只要移动滑动变阻器来改变电阻阻值，就可以控制DADJ脚的电压，从而改变占空比。图3-6是占空比调节电路：图3-6占空比调节电路第3.5节输出幅度控制MAX038芯片的输出幅度最大在2V（p-p），他的输出电流最大在20mA。但是我们要求的输出信号在0V5V之间，所以我们必须要对信号进行放大。NE5532是一种高性能，低噪声运算放大器。他有很好的输出驱动能力和相当高的电源带宽。他的小信号带宽在10MHZ，转换速率为9V/us。放大电路为3-7图。第15页OUT7-6+52BNE3148AVKR0SIG_.ufCncot图3-7基于NE5532的放大电路如图3-7所示，运放一通过移动电位器U2A进行幅度放大，信号放大后再加载在二级运放上进行再次放大，运放一为正向放大器其电压增益总大于1可以满足2V-5V之间的电压放大，而运放二为反向放大电路主要可以使放大倍数小于1，当一级运放不放大时移动电位器R12就可以使电压在0V-2V之间可调。这可以实现输出信号在05V之间可调。电容C17，C10，C18来消除高频杂波。运放两端加载电压在12V。R13与R10主要是补偿电阻，可以降低共模干扰，防止零点漂移。用二级运放放大信号可以增加放大电路带宽。第3.6节MAX038信号频率自检电路本实验由比较器产生方波，方波输入单片机后，单片机测出目前的频率。图3-8是一个比较器，当输入3管脚的电压大于参考电压时输出高电平，输入电压低于参考电压时,输出端输出低电平。这样就可产生方波。图3-8为方波产生电路。R13为保护电阻防止电流过大烧坏电容C17，而电容C17主要滤除高频杂波。Y图3-8自检方波产生电路第3.7节显示模块的设计3.7.1.LCD1602的介绍1602液晶也叫1602字符型液晶，专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。1602LCD显示的内容为16*2，即可以显示两行，每行16个液晶模块。有16个管脚，第16页如下表3-3所示。表3-3LCD1602个管脚作用管脚管脚名管脚作用1VSS电源地2VCC电源正极3V0液晶显示器对比度调整4RS寄存器选择5RW读写信号线6EN使能端714D0D7双向数据端1516BLA,BLK15脚背光正极，16脚背光负极LCD内部控制器共有11条控制指令，其所有指令如下表3-4所示：表3-4LCD内部指令序列指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关显示0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容3.7.2.LCD1602显示模块外围电路第17页图3-9即为电路中单片机与显示模块连接电路图：VS1C2O3R4W5E6B0789LAKDPQN图3-9LCD1602显示模块连接在上图所显示的电路中，VSS与V0之间有电压差。电压差用来控制LCD1602的亮度，电压差越大，显示模块越亮。LCD1602的R0R7口接单片机的P0.0P0.7的输出口，单片机通过这些串口相连，进行信息的交换。P1.0口接RS端选择寄存器，P1.1口接RW端控制LCD1602的信息读写，P1.2口接E端，控制液晶屏的运作。第3.8节电源部分设计在本实验中我们需要12V与5V的电压，为此我们设计了电源，为单片机、运算放大器、MAX038信号源提供电源。下面3-10就是电源部分电路图。+-.ufUF/HeadrinGot图3-10电源部分设计我们通过变压器将电压220V降压变为12V，大电容低频滤波，小电容滤掉高频部分。经过7812，7912分别产生+12V与-12V的电压，最后通过稳压器7805与7905产生+5V与-5V的电压。第18页第4章软件程序的结构与设计第4.1节软件的设计与分析4.1.1.系统软件的分析本系统软件设计主要完成波形的选择，输出波形种类的显示，以及显示输出波形的频率大小的功能。4.1.2.系统主流程图设计初始化液晶显示波形选择按键扫描控制输出波形检测按键服务开始结果图4-1主流程图第4.2节软件主要模块流程图4.2.1.波形选择流程图按键部分：当有按键按下时，软件先判断是否有按键按下，隔一段时间检测一次。若是判断出有按键按下，那么接下来不断检测是否按键松开。确定有按键按下松开后。记下按键的I/O值，记按键1为1，按键2为2，按键3为3。根据不同的按键的I/O输出不同的数字信号，正弦波为01，方波为00，三角波为10。通过单片机输出给MAX038来控制输出波形。下图4-2显示就是选择波形模块第19页初始化键盘扫描按键1按键2按键3正弦波方波三角波开始YNYNYN图4-2波形选择流程图4.2.2.频率测量流程图频率检测部分：外部方波信号输入单片机。单片机检测下降沿有效，先用测周期法测频率，判断这时的频率大小有没有超过110HZ。若是没有超过110HZ，不改变测试方法。要是超过110HZ改用测频法测试频率。以下图4-3为频率检测流程图。第20页初始化测周期法测频率频率110测频法测频率（计时为50ms）侧周期法测频率（计时为1ms）开始输出YN图4-3频率检测流程图第21页第5章系统测试第5.1节测试方案首先将220V电源接入电路，在MAX038频率选择端接入电容。用示波器看显示器显示的波形频率大小，看波形是否失真。移动频率调整电位器看频率是否可以调整。记下LCD显示的频率值，把LCD显示的频率值与示波器显示的频率相比较，看是否在误差范围内。移动调整占空比的电位器，看占空比是否可调。最后调节幅度看是否输出幅度在0V-5V之间可变。选择其他电容接入频段选择端重复以上操作。第5.2节测试结果5.2.1.不同频段测试数据表5-1为频段一时的测试的频率数据表5-1频段一测试频率1频率2频率3实际频率2.03HZ2.92HZ3.1866HZ显示频率2.047HZ3.038HZ3.144HZ波形是否失真：未检测出来占空比是否可调：未检测出来幅度是否可调：未检测出来表5-2为频段二时的测试频率数据表5-2频段二测试频率1频率2频率3频率4实际频率71.32HZ110.80HZ198.1HZ298HZ显示频率69HZ112HZ200HZ302HZ波形是否失真：不失真占空比是否可调：可调幅度是否可调：可调第22页表5-3为频段三时的测试频率数据表5-3频段三测试频率1频率2频率3频率4实际频率687HZ997HZ1.07KHZ1.336KHZ显示频率692HZ1013HZ1.014KHZ1.342KHZ波形是否失真：不失真占空比是否可调：可调幅度是否可调：可调表5-4为频段四时的测试频率数据表5-4频段四测试频率1频率2频率3频率4实际频率351KHZ380.2KHZ425KHZ502KHZ显示频率未显示未显示未显示未显示波形是否失真：失真占空比是否可调：可调幅度是否可调：可调5.2.2.误差分析从以上图表我们能看到不同频段的不同情况，从频段一我们可以看到使用测周期法测得的频率还是比较准确的，但是频率改变的范围较小，频率范围只有从2.03HZ3.18HZ。示波器上的波形抖动，不显示准确波形。从频段二我们可以看出在该频段可调的频率范围在71.32HZ-290HZ，频率在110.80HZ-191.1HZ之间误差较小。在71.32HZ-110HZ与191.1HZ-290HZ之间，示波器与信号发生器自检是有误差的。在这一频段上占空比可调，波形可以完好显示，频率可调。在频段三上可以调节的频率范围为687HZ-1.336KHZ之间。波形可调，频率可调。波形没有失真。在频段四上有波形，可以测得频率，但是信号发生器自我检测不能测出频率。由上面的表格我们可以看到在第一频段时波形不可见，但是频率能测出来，换用更加精确的示波器能检测出波形。由此我推测这是示波器不能检测过低频率的原因。这和示波器灵敏度有关。在300KHZ-500KHZ时波形失真，这与我的放大模块有关，可能是NE5532的运行速度不够，带宽不够，建议使用AD811放大器。因为其带宽更大，速度更快。在高于300KHZ部分我所做的显示器不能显示其频率，这是由于单片机的运行速度第23页所决定的，单片机速度不够，跟不上波形变换速度，所以检测不出来。我们可以考虑使用速度更快的处理器，如RAM。在波形显示的波段只有在2.02HZ-3.18HZ，71.32HZ-290HZ，687HZ-1.336KHZ，351KHZ-502KHZ。这是由频段所决定，频段又由所选震荡电容决定，所以应该增加电容的数量。分析测试的数据，我们发现数据有很大的误差，由此我们将设计方案进行误差测试。首先将波形调至误差最大处，然后将示波器CH1、CH2通道分别测电路板输出波形，与比较器输出波形。其次看两波形频率是否一致，若是一致那么可能是程序问题。若是不一致那么调节比较器的基准电压使其波形频率一致。如果是程序问题重新设置定时器参数把误差调到最小。经过改换电容后,结果正常。第24页结论本实验以MAX038信号源为核心，通过按键控制输出波形，通过LCD1602显示输出频率以及波形种类。通过外部电路调节MAX038脚FADJ与DADJ的电压来控制输出波形的频率，以及占空比。本实验能控制输出三角波、方波、正弦波。能够控制频率，将输出频率控制在1HZ-1MHZ之间。同时能够将输出信号的幅度调节到05V之间。完成了全部的基本要求，但发挥部分的要求还有待提高，系统还增加了信息显示功能。我的制作相对简陋，对系统实验有一定的影响，产生了一些误差。该系统还有许多值得改进的地方。这次毕业设计我将我所学习到的理论知识运用到了电子电路设计中，虽然遇到了很多困难，但是通过这次毕业设计我学习到了很多种解决困难的方法，同时我也意识到在设计制造电路中不仅仅是理论知识很重要，动手能力也很重要。这次毕业设计为我们以后的学习打下了结实的基础。第25页参考文献1.黄庆彩，祖静，费东兴基于MAX038的函数信号发生器的设计J仪器仪表学报，2004，25（z1）2.张聪玲，常美华。基于MAX038的信号源设计J科技论坛，天津：中国民航大学，3003003.曾芳，李勇基于DDS芯片AD9852的正弦信号发生器及其在通信中的应用J。检测测量技术，2007,30（9）；150-1524.杨萍，元旦晖，杨良煜DDS技术在正弦信号发生器中的应用J计算机测量与控制，2008，16（11）；1738-17405.王锐，袁静，李要球，罗浩，江力，于灵基于C8051F130和MAX038的信号源发生器J电子测量技术，2011，34(4)；42-456.鲍祖尚基于MAX038的信号发生器设计J中南林业科技大学学报，2010，30（7）7.陶炳坤，石龙宇，黄天辰，高秀峰基于AT89S51和MAX038的函数信号发生器的设计M2013，36(9)；165-1678.李琳单片高频函数发生器MAX038及其应用J现代电子技术2007，13；66-709.孙加存，张培基于MAX038任意波形发生器的设计与实现J苏州市职业大学学报，2010，2；16-1810.梅领亮基于MAX038和单片机的函数信号发生器设计J电脑知识与技术，2010，3；681-68211.娄嘉骏，叶红基于MAX038的多功能信号源J标准、检测与仪器，2002，9；90-93第26页致谢通过这一阶段的努力，我的毕业论文基于MAX038的信号源设计终于完成了，在这里我的大学生活也即将结束。在此我想对我的母校、我的父母、我的老师表达由衷的敬意。在这次毕业设计中，彭静玉老师的指导帮助尤为重要，导师严谨的治学态度，渊博的专业知识，朴实无华，平易近人的人格魅力对我影响深远。使我在学习生活中越加严谨，也是我学习到了待人接物的方法。在论文书写中彭老师从选题，任务书，论文初稿，都仔细一遍一遍的审阅，细心解答，给了我以宝贵的修改意见。可以说正是由于导师多次审阅全文，给出宝贵的修改意见，本文才得以成型。第27页附录附录1：实物照片说明EA/VP3X928RSTD7W6IN045LGCUY容OBKom+-.ufFintJHM_c电路结构图第28页实物图附录2：部分源程序频率检测部分#includeHEADER.h#includeTIME.h#includeLCD1602.h#includeKEY.h#include#defineulongunsignedlongint/tab1段选；tab2位选;tab3带小数点的段选ucharcodetab1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;ucharcodetab2=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;ucharcodetab3=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef;ulongnum,t1,temp;/temp是中断的次数/uchar;bitmode=0,autoo=1;/mode模式，0测频法，1测周法，autoo表示手动还是自动调节ucharFLAG_PINGLV=0;ucharFLAG_EX1=0;ucharFLAG_T1=0;ucharPINGLV_DAT8;uintPINGLV_LOW=0;uintPINGLV_LOW_OLD=0;uintPINGLV_HIG=0;/*初始化函数*/第29页voidInit()/初始化函数TMOD=0X11;/定时器0和定时器1都为工作方式1TH0=55536/256;/定时器初值TL0=55536%256;/定时器初值TH1=65526/256;/定时器初值TL1=65526%256;/定时器初值EA=1;/打开总中断控制ET0=1;/定时器0打开ET1=1;/定时器1打开EX0=1;/打开外部中断0/EX1=1;/打开外部中断1IT0=1;/外部中断0下降沿触发/IT1=1;/下降沿触发TR0=1;/定时器0开始计时TR1=1;/定时器1开始计时/*主函数*/voidmain(void)Init();Lcd_Init();Lcd_Clear();Delayms(20);Lcd_Set_xy(1,1);Lcd_String(Waveform:);Delayms(20);Lcd_Set_xy(2,1);Lcd_String(Freq:);Lcd_Set_xy(2,14);Lcd_String(Hz);A0=0;/正弦波A1=1;Lcd_Set_xy(1,10);Lcd_String(Sine);Delayms(10);while(1)uintii;for(ii=1000;ii0;ii-)Key(KEY_NUM);PINGLV_DAT7=num%100000000/20000000+0x30;PINGLV_DAT6=num%10000000/2000000+0x30