基于C8051F130和MAX038信号源发生器设计分析

在经过频率控制和占空比调节之后， MAX038 输出端能输出幅度为2 V( VPP ) 的有关波形， 对地对称即相对对地电位而言是- 1~ + 1 V, 输出阻抗小于0. 1 Ω , 可直接向50 pF的容性负载提供的驱动电流为±20 mA 。为满足实际使用对信号源的要求， 还需要幅度调节电路调节输出信号幅度和增加信号驱动能力， 幅度调节电路由宽带高速电流反馈运放AD811 构成的反相比例运算电路构成， 其中反馈电阻大小由单片机C8051F130 控制X9C103 数字电位器实现， 输出信号随运放增益的不同， 幅度可以在200 mV~20 V( VPP ) , 增减步进量为200 mV ( VPP ) 。图2 给出了信号源发生器频率控制部分、占空比调节部分和幅度调节部分的电原理图。

2. 5 电源部分

电源电路部分主要向其他电路提供各芯片工作所需要的电压， 需要+ 15 V、- 15 V、+ 5 V、- 5 V , 为了减小电源的干扰对各部分电路的影响特别是对D/A 转换器转换精度的影响， 采用了广州周立功公司生产的宽压输入隔离稳压正、负双输出隔离电源芯片ZY _WHAD- 3W 系列，其具有转换效率高， 高低温特性好， 电压精度高等特点， 另外A D7533 工作还需要的+ 10 V 基准电压由AD584 提供( 见图2) , 电源电路原理图如图3 所示。

2. 6 键盘输入和信号状态显示

该部分电路使用液晶显示模块SG19264 和按键开关实现信号源发生器的频率、幅度、占空比调节和信号状态输出显示， 使用C8051F130 的I/ O 口连接4 4 键盘矩阵和SG19264 数据口和控制口， 根据按键情况在液晶模块上显示输出信号类型、频率、幅度、占空比等状态信息。

3 软件设计

信号发生器软件设计采用模块化编程结构， 分为初始化程序、键盘处理程序、波形选择程序、频率调节程序、占空比调节程序、幅度调节程序、信号状态显示程序， 信号发生器上电执行初始化程序产生频率1 kHz, 幅度2 V(VPP)， 占空比为50% 的方波， 初始化后响应是何按键按下， 转入相应的信号状态调节程序最后通过信号状态显示程序在液晶上显示， 程序流程图如图4 所示。

图4 程序流程

4 结 论

为验证所设计信号源发生器性能， 在按照上述硬件和软件设计后， 对其输出信号各项指标参数进行了实际测试， 其中使用Agilent 53132A 和National VP7720A 对其主要参数输出频率精度和总失真度系数的测试数据如表3 和表4 所示。

表3 输出频率

表4 正弦波失真系数

由表3 和表4 可见， 本设计的信号发生器能达到输出波形失真度小于0. 3% , 输出频率精度优于2 ×10- 4 , 在同类设计中性能较优。

本设计以单片机C8051F130 为核心， 辅以D/A 转换器AD7533 和AD7303 及数字电位器X9C103 等外围电路对MAX038 进行控制产生所需信号。经实验验证， 所设计的信号发生器能输出频率小于15 MHz, 幅度200 mV~ 20 V(VPP )连续可调， 占空比在15%~ 85%的方波、正弦波、三角波， 具有外围电路简单、体积小、精度高、输出波形失真小等优点。该信号发生器已经广泛应用在我院电学电子测试工作中。