基于單片機的函數波形發生器的設計與實現

王家波

摘 要：在自動控制系統設計及調試過程中，不同頻率的正弦波、三角波和方波常作為信號源，應用十分方便。過去常由分立元件及集成運放構成振蕩器，后來出現的ICL8038其最高頻率僅能達到100kHz。而MAX038芯片性能更好，最高頻率可達20MHz，且三種波形由同一端輸出。單片機控制品質卓越，基于單片機的函數發生器運行可靠，操作方便。

關鍵詞：單片機、函數發生器、MAX038芯片、電路設計

高頻信號發生器芯片MAX038簡介MAXIM公司生產的MAX038芯片是一種高頻精密的函數發生器，可產生三角波、鋸齒波、正弦波、方波及脈沖波，且頻率及占空比的控制可獨立進行。

Lin管腳電流范圍在10～400μA時電路獲得最佳工作性能。輸出波形的選擇由邏輯地址引腳A0和A1的組合來決定：A1A0＝10或11時，輸出正弦波；A1A0＝00時，輸出方波；A1A0＝01時輸出三角波。波形切換可在0．3μs內完成，但輸出波形有0．5μs的延遲時間。輸出頻率由Lin引腳的電流、SOSC引腳的對地電容量和FADJ的電壓來決定。當FADJ引腳接地時，輸出頻率由公式給出：

F0＝Lin／CF

式中，F0是輸出頻率，單位MHz；Lin是管腳輸入電流，單位μA；CF是決定輸出頻率的串入電容值，單位pF。

單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。

下面具體介紹基于單片機的函數發生器的設計與實現

一、系統硬件接口電路設計

Intel公司的MCS－51系列中的8051單片機應用已很成熟，以其為基核的其他8位機都有極好的兼容性，應用十分方便。圖1所示為以8051和MAX038為核心的系統硬件電路。

用8279完成鍵盤輸入和LED顯示控制兩種功能，鍵盤按鍵設置：數字鍵0～9，小數點，正弦波、方波和三角波切換鍵，頻率選擇Hz、kHz、MHz切換鍵，占空比鍵，回車鍵。采用外部譯碼方式，8279的SL0～SL2經74LS138（2）輸出接鍵盤，同時經74LS138（1）輸出驅動后送LED。8279的顯示輸出B0～B3，A0～A3作8位數據輸出，當鍵盤出現有效閉合鍵時，數據自動進入8279的RAM存儲器，并向CPU申請中斷。

MAX038的頻率控制電壓由10位DAC1020提供，經Rin＝50kΩ的電阻進入Lin引腳，8051的P2．6作為DAC1020的片選信號，采用雙緩沖器方式，鎖存10位數據。DADJ引腳電壓范圍－2．4V～＋2．4V由8位DAC0832的雙極性輸出電壓提供，即占空比調節的控制電壓。用8051的P2．5作為DAC0832的片選信號，基準電壓采用MAX038內部2．5V基準電壓，接入VR端。DAC0832的ILE接＋5V，片選端和數據傳送端都與74LS373輸出線A0相連。

設Lin輸入端電壓為Vin，串接電阻為Rin，則有公式：

F0＝Vin/〔Rin×CF〕

式中，F0是輸出頻率，單位MHz；Vin是輸入端電壓，單位V；Rin是串接電阻，單位Ω；CF是決定輸出頻率的串入電容值，單位pF。

取Rin＝50kΩ，Vin的范圍0．5～5V，這樣對于某一電容，可提供十倍掃頻范圍，從而電容的選擇就可確定輸出頻率范圍，即頻段。第一頻段電容取100μF，頻率范圍0．1～1Hz，第二頻段到第九頻段電容選擇按十倍衰減，即可獲得各頻段頻率范圍，第九頻段頻率范圍是10～20MHz，每一頻段步進值選各頻段低段頻率的0．5％。有九個頻段供選擇切換，8051的P1．2～P1．5通過T1042譯碼后送入頻段設定電路，由軟件啟動頻段設定電路中的開關來進行頻段選擇。

二、系統軟件設計方案及實現

系統的主程序流程框圖如圖2所示。

先對8279進行初始化，即允許中斷申請，清8279狀態，置鍵盤顯示方式及時鐘編程等，再置MAX038初始波形與頻率、占空比。然后測試回車鍵是否閉合，以決定是否進行中斷處理，判斷輸出波形并輸出控制信號，有關輸出波形頻率的控制電壓及占空比的計算送DAC1020及DAC0832，最后將波形頻率及占空比送顯示緩沖區，調顯示子程序顯示。

結束語：

利用單片機對MAX038的實時程序控制可產生高頻高精度的輸出波形，系統運行穩定，輸出波形失真小、漂移小、頻率范圍寬，基于8051的CHMOS單片機也可方便地實現嵌入應用。

參考文獻

[1]戴仙金主編 51單片機及其C語言匯編程序開發實例 清華大學出版社，2008

[2]高吉祥主編 全國大學生電子設計競賽培訓系列教程 電子工業出版社，2007

[3]楊素行主編 模擬電子技術基礎簡明教程 高等教育出版社，2007

[4]蔣輝平主編 單片機原理與應用設計北京航空航天大學出版社 2007