本设计是以 ICL8038 和 AT89C2051 为中心规划的数控及扫频函数信号发生器。 ICL8038 作为函数信号源联系外围电路发生占空比和起伏可调的正弦波、 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, 波形安稳, 无显着失真。

1. 体系设计框图

如图 1 为体系规划框图。本规划是利用键盘设置相应的频率值, 依据所设置频率段挑选相应电容, 经核算取得相应数字量送数字电位器完成 D/A变换, 一起与参阅电压 (本例为 5.5V) 相加后构成数控调压去操控ICL8038 第 8 脚, 这样即可由 ICL8038 完成对应频率值的矩形波、 三角波和正弦波。方波起伏经衰减后送单片机可测得信号源频率并由数码管显现。

2.电路原理图

图 2 为电路原理图。其间 AT89C2051 是 8 位单片机, 其间: P1.4~P1.7、 P1.2、 P1.3、 P3.0、 P3.1 作为数码显现; 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

( 式 中

)

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改换而取得。利用二极管的非线性特性, 能够将三角波信号的上升和降低斜率逐次迫临正弦波的斜率。 ICL8038 中的非线性网络是由 4 级击穿点的非线性迫临网络构成。一般说来, 迫临点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, 失真度能够小于 1。在实测中得到正弦信号的失真度可达 0.5 左右。其精度作用适当满足。为了进一步减小正弦波的失真度, 可选用图 2 所示电路中两个电位器 RW3 和 RW4 所构成的电路, 调整它们可使正弦波失真度减小。当然, 假如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。

经试验发现, 在电路设计中接 10 脚和 11 脚的电容值和功能是全部电路的要害器材, 电容值的断定也就断定电路能发生的频率规模, 电容功能的好坏直接影响信号频率的安稳性、波形的失真度, 因为该芯片是经过恒流源对 C充放电来发生振动的, 故振动频率的安稳性就遭到外接电容及恒流源电流的影响, 若要使输出频率安稳, 有必要选用以下措施:外接电阻、电容的温度特性要好; 外部电源应安稳; 电容应选用漏电小、质量好的非极化电容器。

1. 实验结果

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。

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