毕业设计高频精密函数波形发生器设计.doc

毕业设计高频精密函数波形发生器摘 要主要设计思想是运用单片机控制MAX038产生多种波形，这些波形包括正弦波、三角波、方波等。基于MAX038函数发生器运行可靠，操作方便，因此本文采用单片机做为核心控制芯片，采用MAX038作为多波形产生芯片。本设计通过4*4矩阵键盘选择需要输出地波形、频率和幅值，MAX038配上外围电路就能输出所需的波形。虽然从理论上可以算出输出信号的频率，但由于模拟开关的使用以及非线性误差等因素的影响，算得的频率不是很准确，因此本文将MAX038的同步输出作为频率计的输入，由单片机完成自动频率检测，实时测出其频率，已形成一个控制反馈，从而保证输出波形的精度能够满足设计的指标。函数信号的产生由MAX038和外围电路完成，能产生所需的波形。图形点阵液晶显示器CA12864B显示输出波形的种类、频率和幅值。单片机的应用也非常广泛，它将逐渐成为电子技术及自动化专业必须掌握的技术之一，c语言以然已成为了单片机控制系统软件的主要工具，与汇编语言相比，在其功能、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。关键词 MAX038 函数波形发生器 单片机89C51 显示器 开关目 录目 录- 3 -一、引 言- 4 -二、概 述- 4 -三、系统概述和设计方案- 4 -1论文的内容和组织- 4 -2方案选择- 5 -3信号发生芯片选择- 5 -4方案框图设计及基本控制原理- 6 -1)频段控制调整参数计算- 7 -2)频率控制细调参数计算- 8 -3)占空比的数字控制参数计算- 9 -4)幅度的数控参数实现- 10 -四、芯片简介- 11 -1MAX038芯片简介- 11 -1)MAX038的性能简介- 11 -2)MAX038的性能特点- 12 -2MAX505芯片简介- 14 -1)MAX505的引脚描述- 14 -2)MAX505的内部结构及原理- 15 -3)D/A转换电路的电路说明- 17 -3单片机89C51- 18 -1)主要特性- 19 -2)管脚说明- 19 -3)振荡器特性- 21 -4)芯片擦除- 22 -5)结构特点- 22 -五、频段选择电路- 22 -1)幅度控制电路- 23 -六、键盘电路- 25 -七、电源电路- 26 -八、系统软件流程图设计- 27 -1主程序流程- 27 -2频段处理子程序- 28 -3频率处理子程序- 29 -4幅度处理子程序- 30 -九、结束语- 31 -十、参考文献- 32 -十一、谢 词- 33 -十二、附 件- 34 -一、 引 言信号发生器是实验室的基本设备之一，目前广泛使用的是一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但价格较贵，而且许多功能却用不上。本文介绍了一种由集成电路MAX038设计的简单信号发生器，该仪器具有结构简单、成本低、体积小、便于携带等特点，虽然功能及性能指标赶不上标准信号发生器，但足以满足一般的实验要求。二、 概 述在电子工程、通信工程、自动控制、远程控制、测量仪表、仪表和计算机等技术领域，经常需要用到各种各样大的信号波形发生器。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便的构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其他信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高，本文以MAX038集成块为核心器件制作一台信号发生器。要求能够产生精确的正弦波、矩形波和三角波信号，频率能以1KHz的间隔在8KHz16.383MHz范围内调整，输出波形无明显失真。三、 系统概述和设计方案1 论文的内容和组织本文提出并设计了一种基于AT89C51微处理器控制的MAX038信号发生芯片的信号发生器设计。文中详细介绍了该系统的原理、构成及其设计方法，着重分析了以美国MAXIM公司生产的高频信号发生芯片MAX038为核心的精密多波形高频函数信号发生系统的软硬件原理，并开发了基于AT89C51微处理器的软件程序。本次设计的基于单片机的信号发生器设计就是设计一个单片机控制系统，对信号发生芯片进行的控制。通过这个单片机对信号发生芯片进行精密控制，实现对波形的选择，频率、占空比以及波形幅度的控制。这些控制可以通过键盘设定。这就要求对选择的信号发生芯片，选用的单片机有初步的了解，并且对整个系统的结构有个合理地分配。2 方案选择本设计的核心问题是信号的控制问题，其中包括信号频率、信号种类以及信号强度的控制。在设计的过程中，我综合考虑了以下两种实现方案：方案一：直接利用单片机编程产生三角波，方波，锯齿波。优点：简化了用于产生波形的硬件和软件,特别适用于交流感应电动机和无刷直流电机的速度控制以及变频电源的SPWM 控制。缺点：编程复杂，波形失真较大，并且不能达到要求输出的高频率信号。方案二：利用单片机控制波形信号产生芯片,通过单片机，键盘，LCD显示实现波形的数字控制。采用038单片压控函数发生器，MAX038是ICL8038的升级产品，可同时产生正弦波、方波和三角波，它的最高振荡频率可达40MHz，而且由于在芯片内采用了多路选择器，于是三种输出波形可通过编程从同一个引脚输出，输出波形的切换时间可在0.3us内完成，使用更加方便。综上所述选用 方案二 制作信号发生器完成本论文的课题。3 信号发生芯片选择目前，集成化的函数波形发生器大多采用ILC8038 或5G8038，但它们只能产生300kHz 以下的中、低频的正弦波、矩形波（含方波）和三角波（含锯齿波），而且频率与占空比不能单独调节，两者互相影响，这就给实际应用带来了许多不便。此外，这些芯片的扩展功能较少，调节方式也不够灵活，且无法满足高频精密信号源的要求。美国MAXIM（马克希姆）公司应市场的需求而研制的MAX038 型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。4 方案框图设计及基本控制原理如图3.1所示，利用单片机AT89C51对主信号发生芯片进行数字控制。因为MAX038原是模拟量控制型芯片，所以中间要通过数模转换电路，对MAX038产生的波形信号进行频率，占空比，幅度的在控制，以及产生波形的选择控制。图3.1 方案框图MAX038 的输出频率主要受振荡电容CF , IIN 端电流和FADJ 端电压的控制,其中前二者与输出频率的关系如图1.2 所示。选择一个CF 值,对应IIN 端电流的变化,将产生一定范围的输出频率。另外,改变FADJ 端的电压,可以在IIN 控制的基础上,对输出频率实现微调控制。为实现输出频率的数控调整,在IIN 端和FADJ 端分别连接一个电压输出的DAC 。首先,通过DACB 产生0V(00H)到2.5V(0FFH)的输出电压,经电压/ 电流转换网络,产生0A到748A的电流,叠加上网络本身产生的2A电流,最终对IIN 端形成2A到750A 的工作电流,使之产生相应的输出频率范围。DACB将此工作电流范围分为256级步进间隔,输出频率范围也被分为256级步进间隔。所以,IIN端的电流对输出频率实现粗调。第二步,通过DACA 在FADJ端产生一个从- 2.3V(00H)到+ 2.3V(0FFH)的电压范围,该范围同样包含256级步进间隔,IIN 端的步进间隔再次细分为256级步进间隔,从而在粗调的基础上实现微调。1) 频段控制调整参数计算MAX038 的输出频率和CF电容与IIN 端的电流间的关系如表3.2 所示。固定一个CF值,当IIN 端的电流从2uA到750uA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CF 如表3.1 所示,并确定了各CF 所对应的频段和频率范围f1-f2。由于系统通过DAC 控制IIN 端电流和FADJ 端电压,将各频段的频率范围划分为65536 级间隔,因此各频段的输出误差为图3.2输出频率与IIN 电流及振荡电容CF 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为f3-f4 ,以期获得最小的误差。表3.1 输出波形频率范围与CF的关系表频段号CFf1(2A)f2(750A)ff3f4110pF200kHz65MHz1kHz600kHz10MHz21nF2kHz650kHz10Hz6kHz600kHz3100nF20Hz6.5kHz0.1Hz60Hz6kHz410F0.2Hz65Hz0.001Hz0.2Hz60Hz在5脚COCS和6脚GND接上电容Cf以后，10脚IIN是频率控制的电流输入端，利用恒定电流IIN向电容Cf充电和放电，便可形成振荡。IIN是受8脚FADJ和7脚DADJ端电压的控制，振荡频率由下式确定。 (1.1)因为我们要求的频率范围在0.2Hz10MHz,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IIN=2uA-750uA时，Cf的容量范围可以在10pF-10-uF时，芯片有较好的性能。因此，有（1.1）式可知 (1.2)当IIN=2uA时，；当IIN=750uA时，,为了使数字控制能够使IIN=2uA-750uA实现，我们在D/A转换模块使用图5所示的电阻连接方法。当数字量为00H时，VOUT0输出为0V。MAX038的10脚IIN有2uA的电流输入。当数字量为FFH时，VOUT0输出为基准电压2.5V。MAX038的10脚IIN有750uA的电流输入。用公式（1.1）（1.2）可以检验，确定表1.1所列的电容值可满足后面频率产生要求。2) 频率控制细调参数计算频率细分是指当基频确定后由MAX505输出的电压的细分值。MAX505 接2.5V 的基准电源，其双极性输出接到MAX038的FADJ 调整端，通过内部的锁相环，作为精细的频率控制。这个电压从-2.5V变到+2.5V，引起基频（FADJ 是0V 时的输出频率值）的变化从1.70.3 倍（即F070% F0）。当MAX505的接收数据为FFH 时，其频率输出值为基频的30%，当数据为0 时，频率输出值为基频的170%。当数据加（减）1 时其输出频率相应地加（减）一个细分量。FADJ 上的所需的电压引起输出偏离F0 为DX（以%表示），则VFADJ =-0.0343*DX%，VFADJ 以百分比（%）线性相关地偏离F0，VFADJ 向0 的某一方变化时相应地向加或减的方向偏离。FADJ 上的电压所对应的频率由下式给出： (1.3)相应MAX505 的输入数据为 (1.4)式中：FX为要求输出的频率；F0 为当VFADJ 为0 时的基频。同样，我们可以知道当数据D在00H和FFH之间变化的时候，可以调节频率在当前频带内细调。3) 占空比的数字控制参数计算MAX038的占空比的调整有两种方式，一种时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。在MAX038 的DADJ端应用一个- 2.3V + 2.3V 的电压控制信号, MAX038 的DADJ引脚上的电压可控制波形的占空比DC(定义为输出波形为正时所占时间的百分数），并且能够改善正弦波的波形，可进行脉冲宽度调制和产生锯齿波。当VDADJ接地（即VDADJ=0）时，其占空比为50%，占空比的调整可采用MAX505的一片DAC，输出2.3V 范围内的电压，占空比可在10%90%范围内改变，约每伏改变15%，当电压超过2.3V 将使频率偏移或引起不稳定。为产生一定占空比而加在DADJ上的电压为：VDADJ=(50%-DC)*0.0575 (1.5)对双极性输出的D/A 转换器，基准电源为2.3V时，MAX505接受数据与占空比的关系式为：D=128(1+VDADJ/2.3)=129.6+3.2DC (1.6)其中：VDADJ为DADJ 引脚上的电压，DC为占空比。这样可完成激励信号的占空比设置。调整Df 的充放电时间,在10 %90 %的范围内调整振荡器输出的三角波,最终产生失真的正弦波,锯齿波和脉冲波。这三种波形同时送入混合器,由A0 ,A1 选择输出。微处理机通过DACC,经比较器3 产生- 2. 3V + 2. 3V 的调节电压,对占空比实现数字控制。DACC 的每一级步进对应着V=2.3-(-2.3)/256=17.9mV (1.7) 和%=(90%-10%)/256=0.3125%若设定占空比为DC ,则对应DACC的编码为:(DC-10%)/0.3125%(10)4) 幅度的数控参数实现MAX038 的输出幅度为2Vp-p 。在输出端口OUT(19) 连接一个放大器,放大输出信号至5Vp -p ,再送入数字电位器AD5171中,将输入信号分解成64个等级。微处理机通过I2C控制数字电位器AD5171,进而控制输出的衰减量,得输出幅度的步进量幅度= 5Vp-p/64。图3.3 MAX038与D/A模块的连接四、 芯片简介1 MAX038芯片简介1) MAX038的性能简介 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。函数信号发生器可以由晶体管、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L8038、BA205、XR2207/2209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，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。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，它克服了上述芯片的缺点，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。其内部电路框图如图5-1所示。图4-1 MAX038的内部电路框图2) MAX038的性能特点a 能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波信号。b 频率范围从0.1Hz20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V（PP）。 c 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，占空比最大调节范是1090。d 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。e 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。f 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。g MAX038采用DIP20封装形式，如图5-2所示，各管脚的功能如表5-1所示。图4-2 MAX038封装图表4-1 MAX038的管脚功能引脚号名称功能1VREF2.5V基准电压输出2GND地3A0波形选择编码输入端（兼容TTL/CMOS电平）4A1同AO脚5COSC主振器外接电容接入端6GND地7DADJ占空比调节输入端8FADJ频率调节输入端9GND地10LIN电流输入端，用于频率调节和控制11GND地12PD0相位检测器输出端，若相位检测器不用，该端接地13PD1相位检测器基准时钟输入，若相位检测器不用，该端接地14SYNCTTL/CMOS电平输出，用于同步外部电路，不用时开路15DGND数字地。在SYNC不用时开路16DV+数字5V电源。若SYNC不用，该端开路17V+5V电源输入端18GND地19OUT正弦、方波或三角波输出端20V5V电源输入端注：表中5个地内部不相连，需外部连接。2 MAX505芯片简介MAX505是8位4通道的D/A转换芯片，内部包含逻辑输入双缓冲寄存器，可以允许所有的4路模拟量同时更新，也可以通过控制信号进行异步锁存输出。MAX505还含有四个独立的基准电压输入，允许分别对四路独立的D/A进行全程的独立设置。所有的逻辑输入可以是TTL或择是+5V的COMS。1) MAX505的引脚描述图4.3是MAX505的封装图，MAX505是8位4路D/A转换芯片。24引脚封装，具体引脚功能详见表4.2：MAX505引脚功能表。图4.3 MAX505的封装图表4.2 MAX505引脚功能表引 脚名 称功 能1VOUTBDAC B 电压输出2VOUTADAC A 电压输出3VSS负电压输入4VREFDAC B 基准电压输入5VREFADAC A 基准电压输入6AGND模拟地7DGND数字地8LADC选通DAC（低电平有效） 9D7数据位710D6数据位611D5数据位512D4数据位413D3数据位314D2数据位215D1数据位116D0数据位017WR写输入（低电平有效）18A1DAC 地址选择位（高位）19A0DAC 地址选择位（低位）20VREFDDAC D基准电压输入21VREFCDAC C基准电压输入22VDD电源23VOUTDDAC D 电压输出24VOUTCDAC C 电压输出2) MAX505的内部结构及原理MAX505内含4个独立的D/A转换电路，每一路都有自己独自的基准电压源输入引脚，可以通过功能控制引脚WR,A0,A1,LADC分别对每一路进行单独操作,也可以4路同时更新输出数据。如图4.4所示，MAX505内部每一路D/A都有数字输入的双缓冲寄存器。他主要有8位输入锁存器、8位DAC锁存器、8位D/A转换器和选通控制逻辑四部分组成。选通控制逻辑部分是通过地址线引脚A0,A1控制输入锁存器的选通，单独选择某一路信号输出。图4.4 MAX505 内部结构原理框图8位输入寄存器由8个D锁存器组成，作为输入数据的缓冲器。它的8位输入数据由写控制输入引脚WR控制其输入与锁存。当WR1时输入锁存器的输出随着输入变化，当WR0时输入数据被锁存，通过地址线引脚A0,A1控制输入锁存器的选通，单独选择某一路信号输出。功能控制引脚WR,A0,A1,LADC的具体控制状态见表4.3所列出。表4.3 功能引脚状态表LDACWRA1A0所存状态HH输入和DAC数据锁存HLLLDAC A 数据锁存LH4个DAC全部数据锁存LLLLDAC A输入数据寄存器 4个DAC被锁HLLHDAC B 数据锁存HLHLDAC C 数据锁存HLHHDAC D 数据锁存8位DAC锁存器也是由8个D锁存器组成的，它的控制端为LDAC。当LDAC=1时输出数据随输入变化，当LDAC=0时将第一级输出的数据锁存在DAC锁存器中。8位D/A转换器采用T型电阻网络实现D/A转换，输出的是与输入数字成比例的电流，需要外接运算放大器，才能得到模拟电压输出。3) D/A转换电路的电路说明如图4.5所示，我们用+2.5V做MAX505的基准电源。我们选用了MAX505的3路D/A输出分别控制MAX038的DADJ,FADJ和IIN引脚，在前面我们知道MAX038的DADJ和FADJ引脚要求输入的电压信号时在-2.3V+2.3V之间，IIN的输入要求是0A750A的电流。通过一个转换电路将MAX505的输出是02.5V的电压转换为所需要的电压电流。在MAX038 的DADJ端应用一个- 2.3V + 2.3V 的电压控制信号, MAX038 的DADJ引脚上的电压可控制波形的占空比DC(定义为输出波形为正时所占时间的百分数），并且能够改善正弦波的波形，可进行脉冲宽度调制和产生锯齿波。用DAC A通道做为DADJ的模拟输入。VOUTA输出02.5V电压当VOUTA=0V时， （2.1）当VOUTA=2.5V时， （2.2）在MAX038 的FADJ端选择DAC B通道，同样的接法可以实现- 2.3V + 2.3V 的电压控制信号。在MAX038 的IIN端选择DAC C通道，需要的模拟控制量是0A750A的电流，用DAC C通道做为IIN的模拟输入。VOUTC输出02.5V电压当VOUTC=0V时， （2.3）当VOUTC=2.5V时 这样就实现了所需要的模拟量的输入，D/A转换图如图4.5所示。在前面式子中用到的2.74V电压是利用的MAX038的内部2.5V的基准源产生的，示意接线图如图1.3所示,根据结点法原理得下式： （2.4）VO=2.74V图4.5 D/A转换电路图3 单片机89C5189C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，如图4.6所示。89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 图4.6 89C51芯片引脚图1) 主要特性l 与MCS-51 兼容 l 4K字节可编程闪烁存储器 l 寿命：1000写/擦循环 l 数据保留时间：10年 l 全静态工作：0Hz-24Hz l 三级程序存储器锁定 l 128*8位内部RAM l 32可编程I/O线 l 两个16位定时器/计数器 l 5个中断源 l 可编程串行通道 l 低功耗的闲置和掉电模式 l 片内振荡器和时钟电路 2) 管脚说明VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3) 振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 4) 芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 5) 结构特点8位CPU；一个片内振荡器及时钟电路，最高工作频率可达24MHz；128B数据存储器；32根双向可按位寻址的I/O口线；可寻址64KB外部数据存储器空间及64KB程序存储器空间的控制电路；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；一个全双工串行口；布尔处理器；其他一些元器件不做详细介绍。五、 频段选择电路MAX038 的输出频率和CF电容与IIN 端的电流间的关系如图1.2。固定一个CF值,当IIN 端的电流从到750uA的变化时,对应产生一个频段的频率范围。如表5.1所示的选用的电容值分别为10pF,1nF,100nF,10uF。我们选用多路开关CD4052做为切换不同电容所需要用的芯片器件。多路开关CD4052的选通控制如表5.1所示，每当S1，S2出于不同的的组合状态的时候，可以同时选通两路开关Ax、Bx,因此采用如图5.1所示的连接方式可以实现将电容连接到5脚COCS上。表5.1 CD4052功能状态表输入状态选通渠道ENBALES1S2LLLA0B0LLHA1B1LHLA2B2LHHA3B3HXX都选不通在5脚COCS和6脚GND接上电容CF以后，10脚IIN是频率控制的电流输入端，利用恒定电流IIN向电容CF充电和放电，便可形成振荡。例如：当S1S2是HL时，A2B2通道被选通，电容C9被连接在MAX038的5脚COCS上。图5.1 频段选择电路1) 幅度控制电路该部分电路主要有放大器电路和数字电位器电路两部分组成，其中放大器部分电路的作用是将MAX038产生的电压波形2Vp-p放大为5Vp-p，数字电位器电路的作用是为了实现产生的电压波形在-5V+5V之间数字可调。美国模拟器件公司推出一次性编程(OTP)数字电位计系列产品AD5171，具有接口，用来读/写滑片位置，而OTP性能则能永久设定滑片的位置。工作温度范围为-40到+125之间，温度系数为35ppm/，工作电压在2.7至5.5V之间，工作电流不大于5 A。AD5171是64滑点的数字电位计。ICInter-Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。IC总线最主要的优点是其简单性和有效性。总线的构成及信号类型是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。当SCL保留高电位同时SDL变低时传送开始。这个开始状态之后，时钟信号变低来启动数据传送。在每一个数据位，时钟位在确保数据位正确时变高电平。在每一个8位数据的结尾发送一个确认信号，而不管它是地址还是数据。在确认时，传送端不会把SDL变为低电平，如果正确接收到了数据允许接收端把电位变为0。确认信号后，当SCL处于高电平时SDL从低变为高，指示数据传送停止。IC总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，因为地址码的作用各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。IC总线在传送数据过程有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况做出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。接口的设计也大大提高了芯片的利用效率，我们利用AT89C51的P1.6,P1.7脚就可以控制数据对模拟量进行数字控制。在IC总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 : 严格按照时序图的要求进行操作； 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻； 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用软件延时程序加一定的延时； 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。图5.2 幅度控制电路六、 键盘电路键盘用的是上拉电阻，选通接地的形式。KEY0键功能：三角波，正弦波，矩形波的循环选择。KEY1键功能：频段，频率，占空比，幅度的控制的循环选择。KEY2键功能：选定的控制对象步进量增。KEY3键功能：选定的控制对象步进量减。KEY4键功能：选择确定。KEY5键功能：选择不确定（即返回）。例如产生一个正弦波的控制方式：在开始界面用KEY0键选择正弦波，用KEY4键确定进入频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，首先用KEY1键来选择频率，KEY4键确定进入，然后用KEY2和KEY3键来实现频率步进的增值或减值，数值确定后KEY4键确定，然后KEY5键返回到频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，用KEY2键来选择占空比，KEY4键确定进入，然后用KEY2和KEY3键来实现占空比步进的增值或减值，数值确定后KEY4键确定，然后KEY5键返回到频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，用KEY2键来选择幅度，KEY4键确定进入，然后用KEY2和KEY3键来实现幅度步进的增值或减值，数值确定后KEY4键确定。图6.1 键盘电路七、 电源电路根据整机要求，电源电路应为信号产生电路提供5V电压，其中5V电压需要稳压输出，为此选用了7815， 7915两种三端集成稳压器，这种三端固定电压输出式集成稳压器，使用简单，价格较低，且由于内部具有过压过流保护，使整机的电源电路稳定，性能可靠。外接9V交流电输入，经绝对值电路，然后滤波通过7805，7905产生5V的直流电压。电源部分电路图如图7.1所示。图7.1 电源电路图八、 系统软件流程图设计1 主程序流程根据以下流程图可以利用六个按键来实现波形的所有参数的控制，当然这里只是给出的一种可行的设计方案。图8.1 主程序流程图2 频段处理子程序该子程序通过控制译码电路选择不同的容值的电容，并且通过参数计算将频段号保存下来。通过控制CD4051的双路开关选择电容图8.2 频段处理子程序流程图3 频率处理子程序该子程序通过控制MAX038的FADJ引脚和IIN引脚的电压电流的变化来控制基频内的频率控制与调解。根据参数计算在选择的基频的基础上，通过控制FADJ引脚的电压在2.3V之间变化可以改变频率在基频的3070之间浮动。再通过控制IIN引脚的电流在2A750A之间变化可以精细控制频率改变。在D/A转换模块使用图5所示的电阻连接方法。当数字量为00H时，输出为。MAX038的10脚IIN有的电流输入。当数字量为FFH时，输出为基准电压。MAX038的10脚IIN有的电流输入。图8.3 频率处理子程序流程图4 幅度处理子程序该子程序通过IC总线法方式控制AD5171芯片，AD5171作为数字电位器可以对5V 的电压进行分压。可以将幅度在5V间的电压信号进行衰减得到幅度可控制的波形。IC的控制子程序见附录。图8.4 幅度处理子程序流程图九、 结束语毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。本次的设计是以MAX038为主芯片，单片机辅助，软硬件结合的方法来实现高频精密函数波形发生器的设计。在设计过程中，我遇到了诸多的问题，例如芯片的使用程序的要求等问题，促使我翻阅了大量的资料，才对这些问题有了进一步的认识最终完成了本设计。在这期间使我对于MAX038芯片这个重要的芯片以及89C51都有了更深入的了解，更使我对单片机、高频技术的课程有了全新的认识。与此同时，使我猎取了许多专业课没有涉及的东西，提高了阅读能力，增强了翻阅资料的意识，也扩大了学习专业知识的视野，同时，在设计的过程中，也得到了指导老师及同学们各方面的指导和帮助，对在以后工作中设计电路积累了丰富的经验。十、 参考文献（1） 胡宴如：主编高频电子线路高等教育出版社，2004年（2） 石文华：主编单片机原理及应用中国电力出版社，2005年（3） 李全利：主编单片机原理及应用技术北京高等教育出版社，2004年（4） 杨志忠：主编数字电子技术高等教育出版社，2007年（5） 胡宴如：主编模拟电子技术高等教育出版社，2008年（6） 陈兆梅：主编Protel DXP 2004 SP2机械工业出版社，2008年（7） 孟虎：主编微机原理与接口技术高等教育出版社，2007年（8） 黄志玮：主编全国大学生电子设计竞赛北京航空航天大学出版社，2006年十一、 谢 词本课题在选题及研究过程中得到张会峰老师的悉心指导，张老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。张老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对张老师的感激之情是无法用言语表达的。在此我谨向张老师表示衷心的感谢，是他给了我这次机会，让我懂得了更多。在此我还想感谢和我一起完成设计的朋友，也是在他