電子教學(xué)實訓(xùn)裝置之信號源的設(shè)計

惠州市技師學(xué)院 鄒志明

電子教學(xué)實訓(xùn)裝置之信號源的設(shè)計

惠州市技師學(xué)院 鄒志明

電子教學(xué)實訓(xùn)裝置的信號源是此設(shè)備中一個不可分的重要組成部分，主要為電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中的許多實訓(xùn)項目提供信號，以減小設(shè)備成本。文章詳細(xì)介紹了設(shè)計一個通過單片機和單片信號發(fā)生器MAX038而實現(xiàn)的簡單、實用、低失真度的信號源，很大程度提高了此裝置的性價比和實用性能。

實訓(xùn)裝置；信號源；信號源設(shè)計

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

電子教學(xué)實訓(xùn)裝置是根據(jù)中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的教學(xué)大綱要求并結(jié)合教學(xué)實際而開發(fā)的。它能對模擬電子技術(shù)(電子電路基礎(chǔ))、電工基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)（邏輯與數(shù)字電路）、電子工藝與電路裝調(diào)（電子技能訓(xùn)練）、無線電基礎(chǔ)等課程的實訓(xùn)項目進(jìn)行教學(xué)與實訓(xùn)。它實用性、可靠性、直觀性強，配套組合靈活，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，將常用的儀器儀表如：信號源，頻率計，數(shù)字萬用表穩(wěn)壓電源，實訓(xùn)電路萬能板等組合在一起，既方便又實用，還能節(jié)省成本，并有利于提高學(xué)生對單個電路及電路組合成設(shè)備的理解，還有利于學(xué)生獨立動手操作能力的提高。而信號源是此設(shè)備中一個不可分的重要組成部分，在電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)中的許多實訓(xùn)項目都離不開高精度且頻率可調(diào)的信號源，因此，設(shè)計一個簡單、實用、低失真度的信號源對此裝置的實用性而言顯得尤為重要。

1.電子技術(shù)教學(xué)實訓(xùn)裝置簡介

該裝置可以分為通用資源和專業(yè)資源（實訓(xùn)模塊）兩大部分，兩部分可固定也可移動，通用資源部分以固定為主，在進(jìn)行單一實訓(xùn)時固定，作為儀器儀表設(shè)備使用；在綜合實訓(xùn)階段也可以作為綜合實訓(xùn)項目進(jìn)行實訓(xùn)使用。專業(yè)資源主要是完成單一的實訓(xùn)項目為主，綜合實訓(xùn)時可以多個模塊組合使用。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.信號源的設(shè)計

2.1 信號源結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)對廣泛應(yīng)用的函數(shù)信號發(fā)生器ICL8038、頻率合成信號發(fā)生器、分立元件組成的信號發(fā)生器與MAX038組成的信號發(fā)生器進(jìn)行試驗比較，結(jié)果都不如采用MAX038簡便和易達(dá)到要求，因為MAX038最高振蕩頻率可達(dá)40MHz，片內(nèi)采用了多路選擇器，只要適當(dāng)編程就可控制其三種波形從同一個引腳輸出，輸出波形切換時間在0.3μs內(nèi)完成，其輸出頻率波形可以通過控制而方便地得到。信號源模塊主要提供正弦波、方波、三角波等的輸出，電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.2 波形發(fā)生器電路

波形發(fā)生器電路MAX038引腳分布如圖3所示。電子技術(shù)教學(xué)實訓(xùn)裝置的信號源是以波形發(fā)生器電路MAX038和單片機89S52為核心，輔以D/A轉(zhuǎn)換器MAX505和數(shù)字電位器GAT5110等組成。MAX038是美國MAX1M公司的一款高頻率、高精度、低輸出電阻、驅(qū)動能力強的函數(shù)發(fā)生器芯片[1]。

2.3 波形、頻率、占空比控制電路設(shè)計

MAX038是模擬量控制芯片，利用單片機對信號發(fā)生器進(jìn)行數(shù)字控制，中間要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（D/A轉(zhuǎn)換）才能對信號頻率、占空比等進(jìn)行控制。根據(jù)需要選用了MAX505，它是一塊8位并行輸入，內(nèi)含4路獨立的D/A轉(zhuǎn)換電路，還含有四個獨立的基準(zhǔn)電壓輸入，可以通過功能控制引腳A0、A1、WR、LADC分別對每一路進(jìn)行單獨操作，其引腳描述如圖4所示。MAX038的核心部分是一個電流控制的振蕩器，通過對引腳Iin電流的控制，就可以控制恒流源對外部電容CF的充電和放電電流，獲得三角波和方波信號輸出，對加到引腳FADJ、DADJ的電壓進(jìn)行調(diào)整，控制振蕩頻率和波形的占空比，波形、頻率、占空比控制電路如圖5所示。MAX038的詳細(xì)應(yīng)用在此不再贅述。

2.4 波形選擇

MAX038內(nèi)部有一個2.5V的基準(zhǔn)電壓源，由RAF端引出，這個電壓源對整機的性能很重要，各控制電路均使用該電壓源。MAX038函數(shù)信號發(fā)生器可通過單片機對其A0、A1引腳的控制，實現(xiàn)不同波形的選擇[2]。單片機部分的電路原理圖如圖6所示。

2.5 幅度控制

幅度控制采用LM358和數(shù)字電位器GAT5110組合成可調(diào)增益的電壓放大電路，由單片機對數(shù)字電位器進(jìn)行控制，使輸出波形信號可以任意調(diào)節(jié)，適應(yīng)不同要求，如圖8所示[3]。

2.6 鍵盤輸入和顯示

鍵盤采用4×4矩陣鍵盤，通過按相應(yīng)鍵選擇輸出信號，電路如圖7所示，原理不再贅述。

顯示采用8位LED數(shù)碼管顯示，由專用的多功能串行LED顯示驅(qū)動器MAX7219驅(qū)動實現(xiàn)8位顯示，顯示電路原理略。

圖6

圖7

圖8

圖9

2.7 軟件設(shè)計

本信號源的程序主要由鍵盤掃描讀寫程序，信號產(chǎn)生程序，顯示程序等部分組成。需要調(diào)整的數(shù)值范圍較大，因此“增”、“減”鍵必須具有快速運算的能力。程序流程示意圖如圖9示。

3.結(jié)論

本教學(xué)實訓(xùn)裝置的信號源通過單片機和單片信號發(fā)生IC加以輔助IC實現(xiàn)了信號的發(fā)生，能穩(wěn)定地輸出所需的信號，輸出信號的各項指標(biāo)保證了實訓(xùn)設(shè)備的要求，性價比很高，提高了該裝置的實用價值。

[1]戴佳,戴衛(wèi)恒.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M].電子工業(yè)出版社,2006.P323.

[2]陳澤宗,等.單片精密函數(shù)發(fā)生器應(yīng)用[J].電子技術(shù)報,1997,20(7):3-4.

[3]內(nèi)山明治.運算放大器電路[M].科學(xué)出版社,2001.

鄒志明（1967—），男，大學(xué)本科，現(xiàn)供職于惠州市技師學(xué)院，主要研究方向：電子與信息技術(shù)。