2017年第5期（总第140期）
经涵与节社 ENERGYAND ENERGYCONSERVATION
一种程控波形发生器的改进优化设计
吕凯1，温晓英2
(1.西山煤电大原选煤厂，山西大原030023；2.大原理工大学，山西大原030024)
2017年5月
摘要：基于MAX038的程控波形发生器的设计，通过对发生器系统工作原理及组成部分的分析研究，从系统工作原
理、系统款件设计和分析及硬件电路设计等方面进行改进优化设计。关键调：程控波形发生器；工作原理；硬件电路；系统软件
中图分类号：TP211
文献标识码：A
文章编号：20950802(2017)05-018402
OptimizationDesignofProgrammableWaveformGenerator
LYU Kai,WEN Xiaoying
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Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, China)
Abstract: Based on the design of programmable wavefom generator MAX038, this paper analyzed and studied the working princi-ple and component of the generator system, and carried out the optimization design from the working principle of the system, soft ware design of the system and the design of hardware circuit.
Key words: programmable waveform generator; working principle; hardware circuit; system software
0引言
作为一种典型的电子仪器，波形发生器常被应用于教学、科研、工业、军事等领域。波形发生器种类多样、性能各异。本文基于专用波形发生芯片MAX038 以单片机为控制核心，改进了波形发生器。相对于传统的由晶体管、运算放大器等分离器件组成的波形发生器，所设计的波形发生器可以产生常用的正弦波、三角波和方波，其有频率调节方便、稳定性高等优点，可被应用于教学、科研等场合。
系统工作原理
该系统主要分为频率反馈测量电路、单片机 AT89C52、通信接口电路、波形发生电路、功率放大电路、数模转换器及PC机(上位机)等7个部分。下述参数如输出波形、输出频段、波形持续时间及输出频率等都可以借助上位软件予以设置。经由串行通信接口电路可实现AT89C52的参数传递。AT89C52是一种微处理器，可对整个系统进行控制。单片机可对一系列簧管继电器控制，能在1.6kHz至40MHz中选取8个频段；在波形发生芯片的波形选择位的设置下能选择其输出波形；在波形发生芯片及数模转换器的控制之下能程控进行波形频率的输出；频率测量电路包括分频器及多路数据选择器，能对输出信号进行周期测量，并传输至单片机，从而实现输出频率调节的自动化冈。对于目前所测的频率值，单片机还能实现实时传输，进而
在上位机实现实时显示。收稿日期：2016-12-21
第一作者简介：吕凯，1973年生，男，山东临清人，1996年毕业
于太原理工大学矿业工程学院应用电子专业，工程师。·184·
2硬件电路设计
波形发生电路
2.1
高度集成的MAX038即为其主要部件。MAX038能发生高频度、精密度的波形，是由MAXIM公司研制的能在连接的外部器件较少时，实现0.1Hz至40MHz的正弦波、三角波及方波的产生。该系统中MAX038，基于倍频方式的运用，可实现倍数输出频率，因面可知其输出频率的阀值可达到40MHz。可用下述表达式来计算输出波形的频率值：
Fo=2×I/C,
(1)
式(1)中，I.为加在MAX038频率控制引脚的电流，A；F。为输出信号波形的频率，Hz；C（i为1~8）为与其 COSC(MAX038外接振荡电容引脚）引脚及地线衔接的一系列外电容，F。而其外部电路即为其波形电路的发生模块，对单片机而言，其I/O口（输人/输出接口）是与引脚AO及引脚A1相连的，X引脚则是与COSC引脚相连，对REF（基准电源输出引脚）引脚面言，其输出的电压为+2.5V，针对D/A（数/模转换器）转换器来说，可对其输入的基准电压实行控制，其是对占空比进行控制的，相应地其I引脚则是对频率进行控制，和D/A 转换器的输出端借助1个25kQ电阻而连接。假设负载达到一定容性时，则会用一个502的电阻与其输出端口连接。考虑到MAX038具有一定水平输出信号2V(P-P，峰-峰值），且较低水平的输出电流，因而为实现电流及电压的足额供给，需使用处于输出级别水平的放大电路，在数据采样时，应搭建数据采样系统，由 A/D转换芯片及放大电路两者构成。故而设计中应符合如下条件：a）放大电路的频宽需较高。考虑到输出信号20MHz是基频的最大值，其矩形波形具有较高水平