電子教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置之信號(hào)源的設(shè)計(jì)

惠州市技師學(xué)院 鄒志明

電子教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置之信號(hào)源的設(shè)計(jì)

惠州市技師學(xué)院 鄒志明

電子教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的信號(hào)源是此設(shè)備中一個(gè)不可分的重要組成部分，主要為電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中的許多實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目提供信號(hào)，以減小設(shè)備成本。文章詳細(xì)介紹了設(shè)計(jì)一個(gè)通過(guò)單片機(jī)和單片信號(hào)發(fā)生器MAX038而實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單、實(shí)用、低失真度的信號(hào)源，很大程度提高了此裝置的性價(jià)比和實(shí)用性能。

實(shí)訓(xùn)裝置；信號(hào)源；信號(hào)源設(shè)計(jì)

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

電子教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置是根據(jù)中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的教學(xué)大綱要求并結(jié)合教學(xué)實(shí)際而開(kāi)發(fā)的。它能對(duì)模擬電子技術(shù)(電子電路基礎(chǔ))、電工基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)（邏輯與數(shù)字電路）、電子工藝與電路裝調(diào)（電子技能訓(xùn)練）、無(wú)線電基礎(chǔ)等課程的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。它實(shí)用性、可靠性、直觀性強(qiáng)，配套組合靈活，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將常用的儀器儀表如：信號(hào)源，頻率計(jì)，數(shù)字萬(wàn)用表穩(wěn)壓電源，實(shí)訓(xùn)電路萬(wàn)能板等組合在一起，既方便又實(shí)用，還能節(jié)省成本，并有利于提高學(xué)生對(duì)單個(gè)電路及電路組合成設(shè)備的理解，還有利于學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手操作能力的提高。而信號(hào)源是此設(shè)備中一個(gè)不可分的重要組成部分，在電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中的許多實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目都離不開(kāi)高精度且頻率可調(diào)的信號(hào)源，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用、低失真度的信號(hào)源對(duì)此裝置的實(shí)用性而言顯得尤為重要。

1.電子技術(shù)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置簡(jiǎn)介

該裝置可以分為通用資源和專業(yè)資源（實(shí)訓(xùn)模塊）兩大部分，兩部分可固定也可移動(dòng)，通用資源部分以固定為主，在進(jìn)行單一實(shí)訓(xùn)時(shí)固定，作為儀器儀表設(shè)備使用；在綜合實(shí)訓(xùn)階段也可以作為綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)訓(xùn)使用。專業(yè)資源主要是完成單一的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為主，綜合實(shí)訓(xùn)時(shí)可以多個(gè)模塊組合使用。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.信號(hào)源的設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)源結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)對(duì)廣泛應(yīng)用的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038、頻率合成信號(hào)發(fā)生器、分立元件組成的信號(hào)發(fā)生器與MAX038組成的信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行試驗(yàn)比較，結(jié)果都不如采用MAX038簡(jiǎn)便和易達(dá)到要求，因?yàn)镸AX038最高振蕩頻率可達(dá)40MHz，片內(nèi)采用了多路選擇器，只要適當(dāng)編程就可控制其三種波形從同一個(gè)引腳輸出，輸出波形切換時(shí)間在0.3μs內(nèi)完成，其輸出頻率波形可以通過(guò)控制而方便地得到。信號(hào)源模塊主要提供正弦波、方波、三角波等的輸出，電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.2 波形發(fā)生器電路

波形發(fā)生器電路MAX038引腳分布如圖3所示。電子技術(shù)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的信號(hào)源是以波形發(fā)生器電路MAX038和單片機(jī)89S52為核心，輔以D/A轉(zhuǎn)換器MAX505和數(shù)字電位器GAT5110等組成。MAX038是美國(guó)MAX1M公司的一款高頻率、高精度、低輸出電阻、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的函數(shù)發(fā)生器芯片[1]。

2.3 波形、頻率、占空比控制電路設(shè)計(jì)

MAX038是模擬量控制芯片，利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行數(shù)字控制，中間要通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（D/A轉(zhuǎn)換）才能對(duì)信號(hào)頻率、占空比等進(jìn)行控制。根據(jù)需要選用了MAX505，它是一塊8位并行輸入，內(nèi)含4路獨(dú)立的D/A轉(zhuǎn)換電路，還含有四個(gè)獨(dú)立的基準(zhǔn)電壓輸入，可以通過(guò)功能控制引腳A0、A1、WR、LADC分別對(duì)每一路進(jìn)行單獨(dú)操作，其引腳描述如圖4所示。MAX038的核心部分是一個(gè)電流控制的振蕩器，通過(guò)對(duì)引腳Iin電流的控制，就可以控制恒流源對(duì)外部電容CF的充電和放電電流，獲得三角波和方波信號(hào)輸出，對(duì)加到引腳FADJ、DADJ的電壓進(jìn)行調(diào)整，控制振蕩頻率和波形的占空比，波形、頻率、占空比控制電路如圖5所示。MAX038的詳細(xì)應(yīng)用在此不再贅述。

2.4 波形選擇

MAX038內(nèi)部有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓源，由RAF端引出，這個(gè)電壓源對(duì)整機(jī)的性能很重要，各控制電路均使用該電壓源。MAX038函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可通過(guò)單片機(jī)對(duì)其A0、A1引腳的控制，實(shí)現(xiàn)不同波形的選擇[2]。單片機(jī)部分的電路原理圖如圖6所示。

2.5 幅度控制

幅度控制采用LM358和數(shù)字電位器GAT5110組合成可調(diào)增益的電壓放大電路，由單片機(jī)對(duì)數(shù)字電位器進(jìn)行控制，使輸出波形信號(hào)可以任意調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同要求，如圖8所示[3]。

2.6 鍵盤(pán)輸入和顯示

鍵盤(pán)采用4×4矩陣鍵盤(pán)，通過(guò)按相應(yīng)鍵選擇輸出信號(hào)，電路如圖7所示，原理不再贅述。

顯示采用8位LED數(shù)碼管顯示，由專用的多功能串行LED顯示驅(qū)動(dòng)器MAX7219驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)8位顯示，顯示電路原理略。

圖6

圖7

圖8

圖9

2.7 軟件設(shè)計(jì)

本信號(hào)源的程序主要由鍵盤(pán)掃描讀寫(xiě)程序，信號(hào)產(chǎn)生程序，顯示程序等部分組成。需要調(diào)整的數(shù)值范圍較大，因此“增”、“減”鍵必須具有快速運(yùn)算的能力。程序流程示意圖如圖9示。

3.結(jié)論

本教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置的信號(hào)源通過(guò)單片機(jī)和單片信號(hào)發(fā)生IC加以輔助IC實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的發(fā)生，能穩(wěn)定地輸出所需的信號(hào)，輸出信號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)保證了實(shí)訓(xùn)設(shè)備的要求，性價(jià)比很高，提高了該裝置的實(shí)用價(jià)值。

[1]戴佳,戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].電子工業(yè)出版社,2006.P323.

[2]陳澤宗,等.單片精密函數(shù)發(fā)生器應(yīng)用[J].電子技術(shù)報(bào),1997,20(7):3-4.

[3]內(nèi)山明治.運(yùn)算放大器電路[M].科學(xué)出版社,2001.

鄒志明（1967—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于惠州市技師學(xué)院，主要研究方向：電子與信息技術(shù)。