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智能函数信号发生器硬件设计概述

李淑珍

（黑龙江技师学院，黑龙江鸡西158100）

摘

要:近年来计算机技术及微电子器件在工程技术中应用十分广泛，在此基础上发展起来的智能仪器仪表无论是在测量的准确度、可靠性、

自动化程度、运用功能方面还是在解决测量技术与控制技术问题的深度及广度方面都有迅速的发展。本文简明介绍了一种采用传统的信号发生器

的原理结合直接数字波形合成技术、数字信号处理技术和智能仪器仪表技术而设计实现一种智能函数信号发生器。在本论文中介绍了系统设计总体方案的确立，设计了系统电源电路，滤波电路和MAX038外围电路。

关键词:信号发生器；电源电路；滤波电路；MAX0381设计思想

本文研究的是一种新型的函数信号发生器,用DSP作为主微处理器,主要负责特殊波形的产生,MAX038作为周期信号输出的辅助处理器,产生的信号经程控放大器和滤波器输出.本文主要介绍了系统总体方案的确立,系统电源电路的设计,MAX038外围电路的设计和滤波电路的选择.

2系统总体方案确立

本文设计的总体方案是常用周期信号的生成完全利用硬件电路产生的方法。我们选用单片集成函数波形发生器，通过D/A转换器将数字量转化为模拟信号对其参数进行程控，产生波形经程控放大器输出，而对于频率小于2MHZ的特殊测试信号采用把波形数据的产生和波形的拟合相分离，利用数字信号处理器DSP生成数据与查表相结合的方法合成高频周期信号。基本波形数据固化在EPROM中，输出某种波形时，首先根据基本波形或公式算出波形数据送入RAM，然后再由查表电路不断地、周而复始地从RAM中取出数据，通过高速DAC和程控放大器输出，频率经控制器通过频率合成器设定。特点是产生的波形精度高，稳定性好，电路结构简单，能产生任意的周期信号。

3系统电源设计

随着半导休技术的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单，使用方便，工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数的电子仪器，设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端集成稳压器应用最为广泛。

W7800，W7900系列三端集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800系列三端稳压器输出正极性电压，一般有5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V七档次，输出电流最大可达1.5A。同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A。78L系列稳压器的输出电流为0.1A。若要求负极性输出电压，则可选用W7900系列稳压器。

双电压输出电路，分别为+5V、-5V、+12V、-12V。稳压器选择输出电流为0.5A的78M系列。

3.1变压器的选择

由于稳压器输出电压为12V所由公式：U2=1.11UL=1.11×12=13.3V

得变压器二次测输出电压为13.3V，所以

选择变压器的变比为K=220/13.3=16.5：1，选择变比为17：1，输出最大电流取450mA，输出功率为0.45×13.2=5.9W，选择功率为6W。

3.2整流二极管选择

由于变压器副线圈电压为脉动电压，电流为脉动电流，其电流瞬时值有时会很大，尤其在电源刚接通时，为留有一定裕量，而且不损坏整流桥。根据公式

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

由于整流桥为半波整流，所以其反向耐压值要求很高，为留有一定裕量。二极管承受的最大反向电压为

URM=1.414U2=18.7V

因此可以选择2CZ51E整流二极管（其允许最大电流为500mA,最大反向电压URM为100V）

3.3大滤波电容的选择负载电阻

RL=UL/IL=12/0.5A=0.024K由公式T=0.02s由此得滤波电容

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

若考虑电网电压波动±10%，则电容器承受的最高电压为

UCM=1.414U21.1=18.7V

选用标称值为1000uF/50V的电解电容器。4MAX038外围电路设计

4.1MAX038的主要功能及性能特点

4.1.1能产生精确的高频正弦波、矩形波(含方波)、三角波和锯齿波。改变波形设定端A0,A1的输入电平，可选择不同的输出波形。输出波形既能人工设定，又可由微机控制。

4.1.2频率范围很宽，0.2Hz-20MHz，最高可达40MHz。频率设定分粗调、细调两种。改变振荡电容或充、放电电流，可大幅度调节频率;振荡频率的计算公式为:

f=I1N/CF（1）改变FADJ端电压，能对频率进行微调。假定VFADJ=0v时标称输出为f，当VFADJ从-2.4变化到+2.4时，输出频率为f'=0.3f-0.7f。由公式（4-2）确定

f′=f（1-0.2915VFADJ）（2）4.1.3占空比调节范围宽，且占空比与频率均可单独调节，调节范围是10%~90%，是通过改变DADJ端电压控制的。

4.1.4波形失真小，正弦波失真度仅为0.75%，占空比调节的非线性度为2%。

4.1.5具有扫描工作方式，内含相位比较器。

4.2外围电路设计

本系统中以MAX038为核心器件构成常用信号函数波形发生器，关键是要对MAX038的频率控制端I1N，和FADJ端，占空比控制端DADJ端、波形设置端A0,Al实现CPU控制。因I1N、FADJ和DADJ的输入均为模拟量，所以来自CPU的控制信号均必须通过D/A实现转换。为了简化结构，减小干扰，信号转换我们选用性能价格比高的单片四通道D/A转换器TLC7226C来实现。

保证I1N在性能最佳(10-400uA)的前提下，实现频率0-20MHz的调整范围，且满足分辨率，则必须分量程来完成。根据公式(4-1)知频率量程改变可通过改变振荡电容C实现。根据公式(4-1)、公式(4-2)计算得:

取=0.21uF。配合D/A转换器TLC7226C则可实现频率性能指标。

结束语

本文主要介绍了智能函数信号发生器总体方案的确定，设计了整个系统的电源电路。对于频率小于2MHZ的特殊测试信号采用把波形数据的产生和波形的拟合相分离，利用数字信号处理器DSP生成数据与查表相结合的方法合成高频周期信号。而对于周期信号采用MAX038函数信号发生器输出，并详细介绍了MAX038外围电路的设计。从MAX038输出的波形中，含有丰富的谐波，所以必须经过一个低通滤波器进行滤波，才能输出质量好的波形。本文采用了七阶椭圆滤波器进行滤波，使输出波形平滑。

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