数控扫频ICL8038函数信号发生器设计

5星 · 超过95%的资源 需积分: 50 113 下载量 67 浏览量 更新于2024-12-22 6 收藏 268KB PDF 举报
"基于ICL8038的数控及扫频函数信号发生器设计,使用AT89C2051单片机控制,能够产生1KHz至100KHz频率,0.1KHz步进的正弦波、方波和三角波,具有高稳定性和低失真。" 本文主要介绍了一种基于ICL8038和AT89C2051单片机的数控及扫频函数信号发生器设计。ICL8038是一款多功能波形发生器芯片,能够产生占空比和幅度可调的正弦波、方波和三角波,其频率范围在1KHz到100KHz之间,步进精度为0.1KHz。由于采用了先进的肖特基势垒二极管工艺,ICL8038具有低频率漂移、宽工作范围、高电平输出和易于使用的特性。 设计中,AT89C2051单片机起到了核心控制作用。通过键盘输入设定的频率值,单片机会根据设定选择合适的电容,并计算出对应的数字量,这个数字量随后送到数字电位器进行D/A转换。参考电压与转换后的数字信号相结合,从而生成所需频率的波形。这种设计实现了数控功能,使得频率调整更加精确和便捷。 系统设计方案包括了系统设计思路和具体实现方案。设计思路如图1所示,整个系统由键盘接口、微处理器(AT89C2051)、数字电位器、ICL8038波形发生器以及输出电路组成。用户通过键盘输入频率值,单片机处理这些数据并控制数字电位器,进而改变ICL8038的输出频率。扫频功能则是通过程序控制自动改变频率,适用于连续测试和分析不同频率下的信号响应。 该设计的优势在于它的高精度、高稳定性以及灵活性。不仅能够满足常规的信号发生需求,而且因为其数控特性,可以方便地进行自动化测试和实验,降低了操作复杂性。此外,与传统的手动调节相比,这种设计提高了工作效率,降低了人为误差的可能性,适合在教学、科研和工业控制等领域应用。 基于ICL8038和AT89C2051的函数信号发生器设计,结合了单片机的数字处理能力和ICL8038的高性能波形生成能力,提供了一种经济高效且功能强大的解决方案,对于需要精确控制和扫频功能的信号发生应用场景具有很高的实用价值。
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方波/三角波/正弦波信号发生器(ICL8038) 该信号发生器采用了精密波形发生器单片集成电路ICL8038。该电路能够产生高精度正弦波,方波,三角波,所需外部元件少。频率可通过外部元件调节。ICL8038的正弦波形失真=1%,三角波线性失真=0.1%,占空比调节范围为2%~98%。 ICL8038的第10脚外接定时电容,该电容的容值决定了输出波形的频率,电路中的定时电容从C1至C8决定了信号频率的十个倍频程,从500μF开始,依次减小十倍,直到5500pF,频率范围对应为0.05Hz~0.5 Hz~5Hz~50Hz~500Hz~5kHz~50kHz~500kHz。电路中的V1、R7、R8构成缓冲放大器,R9 为电位器,用于改变输出波形的幅度。 附:基于ICL8038函数信号发生器设计设计是以ICL8038 和AT89C2051 为核心设计的数控及扫频函数信号发生器ICL8038 作为函数信号源 结合外围电路产生占空比和幅度可调的正弦波、方波、三角波; 该函数信号发生器的频率可调范围为1~100kHz, 步进为0.1kHz, 波形稳定, 无明显失真。 1.系统设计框图 如图1 为系统设计框图。本设计是利用键盘设置相应的频率值, 根据所设置频率段选择相应电容, 经计算获得相应数字量送数字电位器实现D/A 转换, 同时与参考电压( 本例为5.5V) 相加后形成数控调压去控制ICL8038 第8 脚, 这样即可由ICL8038 实现对应频率值的矩形波、三角波和正弦波。方波幅度经衰减后送单片机可测得信号源频率并由数码管显示。 2.电路原理图 图2 为电路原理图。其中AT89C2051 是8 位单片机, 其中: P1.4~P1.7、P1.2、P1.3、P3.0、P3.1 作为数 码显示; P3.3、P3.5 、P3.7 作为键盘输入口; P3.4 作为计数口, 用于测量信号源频率;P3.0~P3.2 作为数字电位器的SPI总线; P1.1、P1.0 可根据需要扩展继电器或模拟开关选择ICL8038第10 脚( CAP) 与第11 脚间的电容C。 MCP41010 是8 位字长的数字电位器, 采用三总线SPI 接口。/CS: 片选信号, 低电平有效; SCK:时钟信号输入端; SI: 串行数据输入端, 用于寄存器的选择及数据输入。MCP41010 可作为数字电位器, 也可以作为D/A 转换器, 本设计是将MCP41010 接成8 位字长的D/A 转换器, MCP41010 根据输入的串行数据, 对基准电压进行分压后由中间抽头输出模拟电压, 即VPWO =DN/256VREF ( 式中VREF=5V) 。 函数发生电路ICL8038, 图2所示是一个占空比和一个频率连续可调的函数发生电路。ICL8038是一种函数发生器集成块, 通过外围电路的设计, 可以产生高精密度的正弦波、方波、三角波信号, 选择不同参数的外电阻和电容等器件, 可以获得频率在0.01Hz~300kHz 范围内的信号。通过调节RW2 可使占空比在2%~98%可调。第10 脚( CAP) 与第11 脚间的电容C 起到很重要的作用, 它的大小决定了输出信号频率的大小, 当C 确定后, 调节ICL8038 第8 脚的电压可改变信号源的输出频率。从ICL8038 引脚9(要接上拉电阻)输出的波形经衰减后送单片机P3.4 进行频率测量。 正弦函数信号由三角波函数信号经过非线性变换而获得。利用二极管的非线性特性, 可以将三角波信号的上升和下降斜率逐次逼近正弦波的斜率。ICL8038 中的非线性网络是由4 级击穿点的非线性逼近网络构成。一般说来, 逼近点越多得到的正弦波效果越好, 失真度也越小, 在本芯片中N= 4, 失真度可以小于1。在实测中得到正弦信号的失真度可达0.5 左右。其精度效果相当满意。为了进一步减小正弦波的失真度, 可采用图2 所示电路中两个电位器RW3 和RW4 所组成的电路, 调整它们可使正弦波失真度减小。当然, 如果矩形波的占空比不是50% , 矩形波不再是方波, 引脚2 输出也就不再是正弦波了。 图2 电路原理图 经实验发现, 在电路设计中接10 脚和11 脚的电容值和性能是整个电路的关键器件, 电容值的确定也就确定电路能产生的频率范围, 电容性能的好坏直接影响信号频率的稳定性、波形的失真度, 由于该芯片是通过恒流源 对C 充放电来产生振荡的, 故振荡频率的稳定性就受到外接电容及恒流源电流的影响, 若要使输出频率稳定, 必须采用以下措施:外接电阻、电容的温度特性要好; 外部电源应稳定; 电容应选用漏电小、质量好的非极化电容器。 3.实验结果 当±12V 工作电源时, 输出频率如下表: 失真度情况, 实验数据如下表: 4.软件流程图 图3 为软件流程图。T0 设为计数器,T1 设为定时器(初值为5ms)。5ms 启动主循环, 主要用于键盘扫描及扫描显示, 图2 中K0 作为控制键, K1 作为调整键, K2 作为增加键; 上电时程序进入频率设置模式, 按一下K0 键程序进入数控模式, 按二下K0 键程序进入扫频模式, 按三下K0 键程序进入频率设置模式, 周而复始。在频率设置模式, 由K1 键和K2 键完成频率设置。 图3 软件流程图
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