本設(shè)計(jì)是以 ICL8038 和 AT89C2051 為中心規(guī)劃的數(shù)控及掃頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 ICL8038 作為函數(shù)信號(hào)源聯(lián)系外圍電路發(fā)生占空比和起伏可調(diào)的正弦波、 方波、三 角 波 ; 該 函 數(shù) 信 號(hào) 發(fā) 生 器 的 頻 率 可 調(diào) 范 圍 為1~100kHz, 步進(jìn)為 0.1kHz, 波形安穩(wěn), 無顯著失真。

1.           體系設(shè)計(jì)框圖

如圖 1 為體系規(guī)劃框圖。本規(guī)劃是利用鍵盤設(shè)置相應(yīng)的頻率值, 依據(jù)所設(shè)置頻率段挑選相應(yīng)電容, 經(jīng)核算取得相應(yīng)數(shù)字量送數(shù)字電位器完成 D/A變換, 一起與參閱電壓 (本例為 5.5V) 相加后構(gòu)成數(shù)控調(diào)壓去操控ICL8038 第 8 腳, 這樣即可由 ICL8038 完成對應(yīng)頻率值的矩形波、 三角波和正弦波。方波起伏經(jīng)衰減后送單片機(jī)可測得信號(hào)源頻率并由數(shù)碼管顯現(xiàn)。

2.電路原理圖

圖 2 為電路原理圖。其間 AT89C2051 是 8 位單片機(jī), 其間: P1.4~P1.7、 P1.2、 P1.3、 P3.0、 P3.1 作為數(shù)碼顯現(xiàn); P3.3、 P3.5 、 P3.7 作為鍵盤輸入口; P3.4 作

為計(jì)數(shù)口, 用于測量信號(hào)源頻率;P3.0~P3.2 作為數(shù)字電位器的SPI總線; P1.1、 P1.0 可根據(jù)需要擴(kuò)展繼電器或模擬開關(guān)選擇 ICL8038第 10腳 ( CAP )與第11腳間的電容C。

MCP41010 是 8 位字長的數(shù)字電位器, 采用三總線 SPI 接口。/CS: 片選信號(hào), 低電平有效; SCK:時(shí)鐘信號(hào)輸入端; SI: 串行數(shù)據(jù)輸入端, 用于寄存器的選擇及數(shù)據(jù)輸入。MCP41010 可作為數(shù)字電位器, 也可以作為 D/A轉(zhuǎn)換器, 本設(shè)計(jì)是將 MCP41010 接成 8 位字長的 D/A轉(zhuǎn)換器, MCP41010 根據(jù)輸入的串行數(shù)據(jù), 對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行分壓后由中間抽頭輸出模擬電壓, 即

( 式 中

)

函數(shù)發(fā)生電路 ICL8038, 圖 2所示是一個(gè)占空比和一個(gè)頻率連續(xù)可調(diào)的函數(shù)發(fā)生電路。ICL8038是一種函數(shù)發(fā)生器集成塊, 通過外圍電路的設(shè)計(jì), 可以產(chǎn)生高精密度的正弦波、方波、三角波信號(hào), 選擇不同參數(shù)的外電阻和電容 等 器 件 , 可 以 獲 得 頻 率 在0.01Hz~300kHz范圍內(nèi)的信號(hào)。通過調(diào)節(jié) RW2 可使占空比在 2%~98%可調(diào)。第 10 腳( CAP) 與第11 腳間的電容 C起到很重要的作用, 它的大小決定了輸出信號(hào)頻率的大小, 當(dāng) C 確定后, 調(diào)節(jié)ICL8038 第 8 腳的電壓可改變信號(hào)源的輸出頻率。從 ICL8038 引腳 9(要接上拉電阻)輸出的波形經(jīng)衰減后送單片機(jī)P3.4進(jìn)行頻率測量。

正弦函數(shù)信號(hào)由三角波函數(shù)信號(hào)經(jīng)過非線性改換而取得。利用二極管的非線性特性, 能夠?qū)⑷遣ㄐ盘?hào)的上升和降低斜率逐次迫臨正弦波的斜率。 ICL8038 中的非線性網(wǎng)絡(luò)是由 4 級擊穿點(diǎn)的非線性迫臨網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。一般說來, 迫臨點(diǎn)越多得到的正弦波作用越好, 失真度也越小, 在本芯片中 N= 4, 失真度能夠小于 1。在實(shí)測中得到正弦信號(hào)的失真度可達(dá) 0.5 左右。其精度作用適當(dāng)滿足。為了進(jìn)一步減小正弦波的失真度, 可選用圖 2 所示電路中兩個(gè)電位器 RW3 和 RW4 所構(gòu)成的電路, 調(diào)整它們可使正弦波失真度減小。當(dāng)然, 假如矩形波的占空比不是 50% , 矩形波不再是方波, 引腳 2 輸出也就不再是正弦波了。

經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 在電路設(shè)計(jì)中接 10 腳和 11 腳的電容值和功能是全部電路的要害器材, 電容值的斷定也就斷定電路能發(fā)生的頻率規(guī)模, 電容功能的好壞直接影響信號(hào)頻率的安穩(wěn)性、波形的失真度, 因?yàn)樵撔酒墙?jīng)過恒流源對 C充放電來發(fā)生振動(dòng)的, 故振動(dòng)頻率的安穩(wěn)性就遭到外接電容及恒流源電流的影響, 若要使輸出頻率安穩(wěn), 有必要選用以下措施:外接電阻、電容的溫度特性要好; 外部電源應(yīng)安穩(wěn); 電容應(yīng)選用漏電小、質(zhì)量好的非極化電容器。

1.           實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.軟件流程圖

圖 3 為軟件流程圖。T0 設(shè)為計(jì)數(shù)器,T1 設(shè)為定時(shí)器(初值為 5ms)。5ms 啟動(dòng)主循環(huán), 主要用于鍵盤掃描及掃描顯示, 圖 2 中 K0 作為控制鍵, K1 作為調(diào)整鍵, K2 作為增加鍵; 上電時(shí)程序進(jìn)入頻率設(shè)置模式, 按一下 K0 鍵程序進(jìn)入數(shù)控模式, 按二下 K0 鍵程序進(jìn)入掃頻模式, 按三下 K0 鍵程序進(jìn)入頻率設(shè)置模式, 周而復(fù)始。在頻率設(shè)置模式, 由 K1 鍵和 K2 鍵完成頻率設(shè)置。

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