基于ICL8038函数信号发生器的设计(1)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１．系统设计框图
图 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
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
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
１２ 电子制作 ２００８ 年第 ３ 期
图 ２ 电路原理图
ＨＡＮＤＳ ＯＮ ＰＲＯＪＥＣＴＳ
制作天地
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
￣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
ＰＲＡＣＴＩＣＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ
制作天地
基于 ＩＣＬ８ ０ ３ ８ 函数信号发生器的设计
漳州师范学院物理与电子信息工程系
◎ 白炳良 吴木瑞
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。
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％
图 ３ 软件流程图 Ｅｌｅ
２００８ 年第 ３ 期 电子制作 １３
பைடு நூலகம்
电容 Ｃ 为 ３２２ 时，输出频率 ｆ／ｋＨｚ ２３．９ ２０．３ １６．６ １２．９ ９．２ ５．５
电容 Ｃ 为 ２０３ 时，输出频率 ｆ／ｋＨｚ ４．１ ３．５ ２．８ ２．２ １．６ １．０
失真度情况， 实验数据如下表：
设置频率 ｆ／ｋＨｚ
１．０～６０ ８０．０￣９０ ９０￣１００．０
频率显示 ｆ／ｋＨｚ
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
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
正弦波
波形失真情况 三角波
方波
误差小于 ０．１ 无失真
无失真 无失真
误差小于 ０．５ 低部和顶部略有失真 无失真 占空比略变小
误差小于 １
低部和顶部略有失真 无失真 占空比略大于 １／３
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。
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。
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：
第 ８ 脚电压 Ｕ３／ｖ
５．５ ６．５ ７．５ ８．５ ９．５ １０．５
电容 Ｃ 为 ７０１ 时，输出频率 ｆ／ｋＨｚ １００．３ ８５．９ ７０．９ ５５．５ ４０．０ ２４．２
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
Ｖ ＰＷＯ ＝
ＤＮ ２５６
Ｖ ＲＥＦ （
式中
ＶＲＥＦ＝５Ｖ） 。
函 数 发 生 电 路 ＩＣＬ８０３８， 图 ２
图 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
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
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
１２ 电子制作 ２００８ 年第 ３ 期
图 ２ 电路原理图
ＨＡＮＤＳ ＯＮ ＰＲＯＪＥＣＴＳ
制作天地
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
￣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
ＰＲＡＣＴＩＣＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ
制作天地
基于 ＩＣＬ８ ０ ３ ８ 函数信号发生器的设计
漳州师范学院物理与电子信息工程系
◎ 白炳良 吴木瑞
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。
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％
图 ３ 软件流程图 Ｅｌｅ
２００８ 年第 ３ 期 电子制作 １３
பைடு நூலகம்
电容 Ｃ 为 ３２２ 时，输出频率 ｆ／ｋＨｚ ２３．９ ２０．３ １６．６ １２．９ ９．２ ５．５
电容 Ｃ 为 ２０３ 时，输出频率 ｆ／ｋＨｚ ４．１ ３．５ ２．８ ２．２ １．６ １．０
失真度情况， 实验数据如下表：
设置频率 ｆ／ｋＨｚ
１．０～６０ ８０．０￣９０ ９０￣１００．０
频率显示 ｆ／ｋＨｚ
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
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
正弦波
波形失真情况 三角波
方波
误差小于 ０．１ 无失真
无失真 无失真
误差小于 ０．５ 低部和顶部略有失真 无失真 占空比略变小
误差小于 １
低部和顶部略有失真 无失真 占空比略大于 １／３
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。
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。
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：
第 ８ 脚电压 Ｕ３／ｖ
５．５ ６．５ ７．５ ８．５ ９．５ １０．５
电容 Ｃ 为 ７０１ 时，输出频率 ｆ／ｋＨｚ １００．３ ８５．９ ７０．９ ５５．５ ４０．０ ２４．２
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
Ｖ ＰＷＯ ＝
ＤＮ ２５６
Ｖ ＲＥＦ （
式中
ＶＲＥＦ＝５Ｖ） 。
函 数 发 生 电 路 ＩＣＬ８０３８， 图 ２