摘 要：本设计介绍了一种数显函数信号发生器。采用“美国Maxim公司”推出的一种高频率、低输出阻抗、高精度、驱动能力比较强的函数信号发生器专用芯片MAX038，是比较新一代的函数信号发生芯片。用单片机AT89C51测量其输出波形的频率，LED显示测量的频率值，键盘选择输出的波形。
关键词：数显函数信号发生器；AT89C51；MAX038；LED显示；频率
伴随着电子技能的迅速发展，单片机技能的呈现给现代工业测控范畴带来了一次新的技能革命。当前，单片机以其比较高的可靠性、高性能、价格比，在工业控制体系，数据收集体系，智能仪器仪表等等许多的范畴得到比较广泛的使用，并且已走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响轿车，到处可见单片机的踪迹。因而，单片机的开发和使用已成为工业发展水平的象征。
1 系统概述
在现代电子学中，函数发生器的实现方法有很多种，本设计以单片集成芯片MAX038为核心，利用单片机AT89C51检测其输出波形的频率、利用数码管LED显示频率值、键盘控制输出波形方式来设计函数发生器。
2 设计要求及方案选择
2.1 设计任务和要求。设计一个能产生正弦波、方波、三角波的函数信号发生器。主要性能指标：①输出电压范围：0～10V；②输出频率范围：20Hz～5MHz；③显示位数：5位LED显示。
2.2 方案论证
方案一：存储器+数/模变换。利用数/模变换技术的多波形发生器。由EPROM（如，EPROM2716）存储各种常用波形的二进制代码（8位），每个波形代码占用256个字节（1页），一块芯片可以存储8种常用波形的代码。有拨码开关实现对EPROM的页的寻址并确定输出波形的种类。再有二进制计数器（如，74LS393）实现对EPROM的页内寻址，计数器的计数速度决定了输出波形的速率，调节电位器的阻值，由V/F转换器（如，AD537）输出脉冲频率发生变化，改变了计数器的计数速度从而调节输出波形的频率。D/A转换器将数字化的波形代码转换成模拟量，通过放大器输出，用电位器调节D/A转换器的Vref的电压实现对输出波形幅值的改变。
方案二：利用函数发生芯片ICL8038。利用微处理器函数发生器ICL8038，也能够方便地发生频率（0.001～300kHz）可变的正弦波、方波、三角涉及完成数控频率调整。可是，其输出频率的安稳度低，频率的步长操控难以达到抱负的成果，更难以实现三种波形的叠加。
方案三：利用单片机与数/模转换结合，实现频率可调、幅度稳定的函数发生器。利用单片机AT89C51与数/模转换芯片DAC0832相结合组成信号发生器，频率调节采用软件延时，也可以利用硬件的方法实现；幅值的变化可采用电阻网络或利用DAC0832内部的电阻网络实现。
方案四：利用单片机与函数发生专用芯片实现数显函数发生器。用单片机AT89C51与函数发生专用芯片MAX038组成。该信号发生器主振选用MAX038型高频精细函数信号发生器专用集成块，单片机AT89C51控制波形输出类型、测量频率并显示输出频率。通过键盘改变输出波形，单片机、迟滞对比器、前端计数器、数码管LED显现等构成精密频率计，显示输出信号的频率。
2.3 方案比较。从以上方案设计论证，方案一运用集成化的元器件，元件少，电路工作可靠性较高，精度也较高，能输出的多种波形的频率和幅值也易于调节，但工作频率不高，不能满足设计的要求；方案二函数信号发生芯片ICL8038输出波形的频率较低，它能作为低频信号发生器的信号源；方案三与方案二有一个相同点就是工作频率低，但方案三可以作为优越的低频信号发生器，其幅度与精度也能满足实际需要的低频信号源；方案四是一种宽频信号发生器设计方案，其频率范围在2～20MHz变化，在输出波形、信号幅度上，均可满足设计的要求，硬件、软件上稍微有点复杂，但性能较好，精度较高。经过以上比较，方案四能精确的满足我们设计的要求，为此本设计采取此方案。
2.4 总体方案确定。本系统设计方案选用方案四，函数发生器主振采用MAX038型高频精密函数信号发生器专用集成块，经驱动和幅度控制电路输出，通过键盘改动输出波形，计数器、迟滞对比器、单片机、LED显现等构成精密频率计，显现信号源的输出频率。
3 硬件设计
3.1 波形产生电路。为了满足设计的要求，我使用了专用的波形产生器件MAX038。
3.1.1 MAX038简介。MAX038是Maxim公司出产的一种高速函数发生器，工作频率规模为0.1Hz～20MHz，扫频规模可达350倍。MAX038运用±5V的电源，输出起伏为2V（p-p），输出阻抗的典型值为0.1，可直接驱动100的负载。振荡频率由COSC引脚的电容量和IIN引脚的电流决定。输出信号的频率由流入引脚IIN的电流IIN、电容CF及引脚FADJ上的电压VFADJ决定的。它能产生正弦波、方波和三角波，可利用地址线A0和A1的不同编码选择所要输出的波形
3.1.2 应用电路。根据以上对MAX038性能分析，其输出波形均满足本设计的要求，为此，MAX038独自承当了函数信号输出的功能，经过外部的电阻和电容的调理，完结特定频率和幅值的信号输出。
3.2 输出驱动电路。由于MAX038的输出信号为稳定的2V（p-p），且输出电流不高，所以必须在输出级最少有一级的扩大电路来供给满意的输出电压和电流，以满意通常使用需求。输出扩大电路是本信号发生器研制中首要的难点之一。由于输出信号最大基频为20MHz，其三角波和矩形波的高次谐波成分很高，所以要得到不失真的输出波形，首要需求扩大器具有很高的频宽。其次，高频大信号扩大需求扩大器有满意的输出电压变换速率，在正弦波的情况下，扩大器所需求的最大摆率Sr=2ωA=2лfA，其间ω为信号的角频率、A为信号的幅值、f为频率。别的要带动低阻负载，扩大器的电流输出才能也是个重要参数，要在100负载上输出6V信号，则扩大器最少要有60mA的连续电流输出才能。鉴于以上几点，我们挑选AD公司的高速运放AD811作为输出扩大器，它是一个宽带高速电流反馈型运算扩大器，其各项参数非常适合上述需求：小信号带宽（G=+2时）达120MHz，电压摆率Sr为2500V/μs，全谐波失真THD为-74dB （10MHz），输出电流达100mA，其短路输出电流可达150mA。
