函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器

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科技論壇

智能函數(shù)信號發(fā)生器硬件設(shè)計概述

李淑珍

（黑龍江技師學(xué)院，黑龍江雞西158100）

摘

要:近年來計算機技術(shù)及微電子器件在工程技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能儀器儀表無論是在測量的確鑿度、可靠性、

自動化程度、運用功能方面還是在解決測量技術(shù)與控制技術(shù)問題的深度及廣度方面都有迅速的發(fā)展。本文簡明介紹了一種采用傳統(tǒng)的信號發(fā)生器

的原理結(jié)合直接數(shù)字波形合成技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和智能儀器儀表技術(shù)而設(shè)計實現(xiàn)一種智能函數(shù)信號發(fā)生器。在本論文中介紹了系統(tǒng)設(shè)計總體方案的確立，設(shè)計了系統(tǒng)電源電路，濾波電路和MAX038外圍電路。

關(guān)鍵詞:信號發(fā)生器；電源電路；濾波電路；MAX0381設(shè)計思想

本文研究的是一種新型的函數(shù)信號發(fā)生器,用DSP作為主微處理器,主要負責(zé)特別波形的產(chǎn)生,MAX038作為周期信號輸出的輔助處理器,產(chǎn)生的信號經(jīng)程控放大器和濾波器輸出.本文主要介紹了系統(tǒng)總體方案的確立,系統(tǒng)電源電路的設(shè)計,MAX038外圍電路的設(shè)計和濾波電路的選擇.

2系統(tǒng)總體方案確立

本文設(shè)計的總體方案是常用周期信號的生成完全利用硬件電路產(chǎn)生的方法。我們選用單片集成函數(shù)波形發(fā)生器，通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬信號對其參數(shù)進行程控，產(chǎn)生波形經(jīng)程控放大器輸出，而對于頻率小于2MHZ的特別測試信號采用把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分開，利用數(shù)字信號處理器DSP生成數(shù)據(jù)與查表相結(jié)合的方法合成高頻周期信號。基本波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，輸出某種波形時，首先根據(jù)基本波形或公式算出波形數(shù)據(jù)送入RAM，然后再由查表電路不斷地、周而復(fù)始地從RAM中取出數(shù)據(jù)，通過高速DAC和程控放大器輸出，頻率經(jīng)控制器通過頻率合成器設(shè)定。特點是產(chǎn)生的波形精度高，穩(wěn)定性好，電路結(jié)構(gòu)簡單，能產(chǎn)生任意的周期信號。

3系統(tǒng)電源設(shè)計

隨著半導(dǎo)休技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。由于集成穩(wěn)壓器具有體積小，外接線路簡單，使用便利，工作可靠和通用性等優(yōu)點，因此在各種電子設(shè)備中應(yīng)用十分普遍，基本上取代了由分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器的種類好多，應(yīng)根據(jù)設(shè)備對直流電源的要求來進行選擇。對于大多數(shù)的電子儀器，設(shè)備和電子電路來說，尋常是選用串聯(lián)線性集成穩(wěn)壓器。而在這種類型的器件中，又以三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用最為廣泛。

W7800，W7900系列三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，在使用中不能進行調(diào)整。W7800系列三端穩(wěn)壓器輸出正極性電壓，一般有5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V七檔次，輸出電流最大可達1.5A。同類型78M系列穩(wěn)壓器的輸出電流為0.5A。78L系列穩(wěn)壓器的輸出電流為0.1A。若要求負極性輸出電壓，則可選用W7900系列穩(wěn)壓器。

雙電壓輸出電路，分別為+5V、-5V、+12V、-12V。穩(wěn)壓器選擇輸出電流為0.5A的78M系列。

3.1變壓器的選擇

由于穩(wěn)壓器輸出電壓為12V所由公式：U2=1.11UL=1.1112=13.3V

得變壓器二次測輸出電壓為13.3V，所以

選擇變壓器的變比為K=220/13.3=16.5：1，選擇變比為17：1，輸出最大電流取450mA，輸出功率為0.4513.2=5.9W，選擇功率為6W。

3.2整流二極管選擇

由于變壓器副線圈電壓為脈動電壓，電流為脈動電流，其電流瞬時值有時會很大，特別在電源剛接通時，為留有一定裕量，而且不損壞整流橋。根據(jù)公式

ID=1/2IL=1/20.45=0.225A

由于整流橋為半波整流，所以其反向耐壓值要求很高，為留有一定裕量。二極管承受的最大反向電壓為

URM=1.414U2=18.7V

因此可以選擇2CZ51E整流二極管（其允許最大電流為500mA,最大反向電壓URM為100V）

3.3大濾波電容的選擇負載電阻

RL=UL/IL=12/0.5A=0.024K由公式T=0.02s由此得濾波電容

C=0.02/RL=0.02/24=833uF

若考慮電網(wǎng)電壓波動10%，則電容器承受的最高電壓為

UCM=1.414U21.1=18.7V

選用標(biāo)稱值為1000uF/50V的電解電容器。4MAX038外圍電路設(shè)計

4.1MAX038的主要功能及性能特點

4.1.1能產(chǎn)生確切的高頻正弦波、矩形波(含方波)、三角波和鋸齒波。改變波形設(shè)定端A0,A1的輸入電平，可選擇不同的輸出波形。輸出波形既能人工設(shè)定，又可由微機控制。

4.1.2頻率范圍很寬，0.2Hz-20MHz，最高可達40MHz。頻率設(shè)定分粗調(diào)、細調(diào)兩種。改變振蕩電容或充、放電電流，可大幅度調(diào)理頻率;振蕩頻率的計算公式為:

f=I1N/CF（1）改變FADJ端電壓，能對頻率進行微調(diào)。假定VFADJ=0v時標(biāo)稱輸出為f，當(dāng)VFADJ從-2.4變化到+2.4時，輸出頻率為f'=0.3f-0.7f。由公式（4-2）確定

f′=f（1-0.2915VFADJ）（2）4.1.3占空比調(diào)理范圍寬，且占空比與頻率均可單獨調(diào)理，調(diào)理范圍是10%~90%，是通過改變DADJ端電壓控制的。

4.1.4波形失真小，正弦波失真度僅為0.75%，占空比調(diào)理的非線性度為2%。

4.1.5具有掃描工作方式，內(nèi)含相位比較器。

4.2外圍電路設(shè)計

本系統(tǒng)中以MAX038為核心器件構(gòu)成常用信號函數(shù)波形發(fā)生器，關(guān)鍵是要對MAX038的頻率控制端I1N，和FADJ端，占空比控制端DADJ端、波形設(shè)置端A0,Al實現(xiàn)CPU控制。因I1N、FADJ和DADJ的輸入均為模擬量，所以來自CPU的控制信號均必需通過D/A實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。為了簡化結(jié)構(gòu)，減小干擾，信號轉(zhuǎn)換我們選用性能價格比高的單片四通道D/A轉(zhuǎn)換器TLC7226C來實現(xiàn)。

保證I1N在性能最正確(10-400uA)的前提下，實現(xiàn)頻率0-20MHz的調(diào)整范圍，且滿足分辯率，則必需分量程來完成。根據(jù)公式(4-1)知頻率量程改變可通過改變振蕩電容C實現(xiàn)。根據(jù)公式(4-1)、公式(4-2)計算得:

取=0.21uF。協(xié)同D/A轉(zhuǎn)換器TLC7226C則可實現(xiàn)頻率性能指標(biāo)。

終止語

本文主要介紹了智能函數(shù)信號發(fā)生器總體方案的確定，設(shè)計了整個系統(tǒng)的電源電路。對于頻率小于2MHZ的特別測試信號采用把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分開，利用數(shù)字信號處理器DSP生成數(shù)