基于MAX038集成电路的多功能信号发生器设计

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"采用集成电路MAX038设计的函数信号发生器,是一种经济实用的实验设备。MAX038是一款高性能的波形发生芯片,具备产生多种波形的能力,频率范围广,且能独立调节占空比,适用于多种应用场景。" 函数信号发生器在电子工程领域中扮演着至关重要的角色,常用于电路实验和设备检测。传统的信号发生器虽然功能强大,但价格较高,而基于MAX038的简易信号发生器则提供了一种成本更低、更便携的解决方案。MAX038集成电路是Maxim Integrated(美信公司)的产品,它在频率范围、精度和灵活性上优于早期的函数信号发生器IC。 MAX038的主要特性包括: 1. 可产生精确的三角波、方波和正弦波,波形质量高。 2. 频率覆盖0.1Hz到20MHz,甚至可达40MHz,输出幅度恒定为2V(P-P)。 3. 占空比调节范围广泛,可在10%到90%之间独立调整,不会影响频率设定。 4. 波形失真极小,正弦波失真度小于0.75%,非线性度低,确保了信号的纯净。 5. 工作电源为±5V,电源电流80mA,功耗低,适应性强,工作温度范围0~70℃。 6. 内置2.5V电压基准,通过FADJ和DADJ端口进行频率和占空比的微调。 设计一个基于MAX038的简易信号发生器实例,可以提供四种基本波形——三角波、方波、正弦波和阶跃波,并设有3个固定频率选项和10个电压等级。此外,它还能输出电荷量,进一步增强了其实用性,能够满足大多数实验和检测需求。 电路设计通常会包含MAX038的外围电路,如滤波、放大和控制电路,以确保不同波形的稳定输出。通过调整电路参数,如电阻和电容值,可以设置所需的频率和占空比。此外,为了实现频率选择和电压调节,可能还需要额外的分压网络和开关元件。 总结来说,MAX038集成电路为函数信号发生器提供了高效、灵活且经济的方案,其出色的性能和多功能性使得它成为实验室和教学环境中的理想选择。设计者可以根据具体需求,结合MAX038的特点,构建出满足特定应用的信号发生器系统。
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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函数信号发生器的设计 本设计是以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