o 引言 2
1系統設計 2
1.1 系統原理 2
1.2 硬體設計 4
1.3 軟體設計 4
1.4 pcb製作及系統測試結果 8
1.5 max038的基本效能 8
1.6 max038的典型應用 8
1.7 max038鎖相技術 10
1.8 max038高額印刷電路板設計 11
2 穩定高頻訊號發生器鎖相環式頻率合成器 11
3 結束語 13
4 總結和體會 13
參考文獻： 14
摘要：介紹了兩種高頻訊號發生器設計介紹一種效能優良的高頻訊號發生器，對其產生訊號的頻率、占空比等技術指標進行了分析討論，給出了它在電子技術中相應的典型應用例項。它產生的訊號波形清晰．頻率、相位和幅度穩定．失真度低．價比高，具有較高的實用價值。
另一種鍵控式的採用微控制器對高頻函式發生電路進行程式控制的高頻訊號發生器的設計方案。此方案能產生方波、正弦波和三角波等訊號；採用數字頻率合成器，使輸出訊號頻穩度和晶體振盪器的相當；並用鍵盤設定波形和頻率，由led顯示。輸出訊號的頻率分成1 mhz～16 mhz和8 khz～999 khz兩擋。
關鍵詞：高頻訊號發生器；鍵控；微控制器；晶元
o 引言
高頻訊號發生器是可以用來對收音機、錄音機、電視機等家用電器的元器件效能進行測試和除錯的一種能產生高頻調幅／調頻訊號的專用儀器。不僅可測試電晶體放大器的頻帶，除錯收音機選頻網路中的中頻訊號，觀察電感、電容器的高頻特性，還可統調整個收音機中、短波段頻率範圍。
目前實驗室所使用的低頻訊號發生器，其最高輸出頻率一般小於1 mhz。例如：整合函式波形發生器一般都採用掃頻訊號發生器icl8038或整合函式發生器5g8038，它們都只能產生300 khz以下的中低頻正弦波、矩形波和三角波，且頻率與占空比不能單獨調節，給使用帶來很大不便，也無法滿足高頻精密訊號源的要求，不能滿足高速電路除錯的需要，而購買一台高頻訊號發生器**又相當昂貴。
因此有必要研製一種低**、高效能的高頻訊號發生器。
本文所介紹的高頻訊號發生器能輸出8khz～16 mhz的方波、正弦波和三角波等訊號，頻率與占空比能單獨調節；採用了數字頻率合成器，使輸出訊號頻穩度和晶體振盪器的相當。使用者通過鍵盤輸入所需的波形與頻率數值，同時led(發光二極體)顯示電路將這些引數顯示出來。此設計既能滿足一般高速電路除錯的需要，又可作為一般實驗室的基本配置。
電子技術的發展，使得效能穩定的訊號發生電路得到了廣泛應用．其中低頻、中頻訊號發生電路結構簡單，經濟，可靠，應用範圍廣闊，而高頻訊號發生電路的頻率穩定度、溫度穩定性較差。隨著整合晶元ic製造工藝的發展和電路結構的更新，高效能的整合晶元得到了迅速發展，使得整合晶元在波形發生、訊號處理、電視技術、測量技術、通訊技術、資訊運算、多**技術以及一般的電子電路設計等領域得到了非常廣泛的應用，並極大地促進了相關領域的迅速發展。本文分析討論了高效能的高頻訊號發生器在電子技術中的應用，給出了相應的典型應用例項(以max038為例)。
1系統設計
1.1 系統原理
整個系統的結構框圖如圖1.1所示，其中包括高頻函式發生器、數字頻率合成器、d／a轉換器、微控制器、鍵盤和數字顯示電路及介面、低通濾波器共6個模組。
本設計採用高頻函式發生器和數字頻率合成器產生波形及頻率。控制和管理電路由微控制器及d／a轉換模組組成。其主要功能是：
對鍵盤輸入的波形和頻率選擇等資料進行解碼，計算出相應的控制引數，控制函式發生器和頻率合成器輸出正確的訊號，並將其頻率和波形引數用led顯示出來。低通濾波器主要用於濾除函式發生電路輸出波形的高頻干擾。
圖1.1
下面具體介紹這幾個模組。
a)鍵盤顯示電路及微控制器控制系統：控制和管理後面的訊號發生電路。
b)數字頻率合成器 j：選用間接式，即採用鎖相環路、頻率電壓轉換電路(鑒頻器)等方法，對壓控振盪器和標準頻率進行比較，從而用誤差電壓控制輸出訊號。其優點是因從振盪電路直接輸出，所以能提高訊雜比；但本振雜訊往往會增大。
本系統採用數字頻率合成器，使輸出訊號頻穩度和晶體振盪器的相當。
c)d／a轉換器：實際上有兩個環節，即先將數字量轉換為模擬電流，這是由d／a轉換器實現的；再利用運算放大器來完成模擬電流到模擬電壓的轉換。
d)高頻函式發生器：結構框圖如圖1.2所示。
圖1.2 高頻函式發生器結構框圖
基準電壓源提供2．5 v基準電壓，主要用來為振盪頻率控制器提供乙個穩定電流，也可用做其他模組的基準。其基本振盪器是乙個張弛振盪器，同時產生三角波和方波(a和b)。三角波分為兩路：
一直接送至多路模擬開關，另一路送人正弦波形成電路。正弦波形成電路把三角波轉變成乙個具有等幅的低失真的正弦波，送往多路模擬開關以供選擇。方波(a和b)是一對內部差動矩形波訊號，經差動比較器形成雙極性矩形波訊號。
三角波、矩形波和正弦波輸入到多路模擬開關，用兩根位址線作為這3種波形的選擇線。
e)低通濾波器：用來抑制高頻雜訊干擾。
1.2 硬體設計
鍵盤顯示電路運用4個led顯示和l6個按鍵。顯示電路用4個七段led數碼管顯示波形選擇和3位頻率數值，將最低位小數點用做單獨指示燈，指示頻率的單位是khz還是mhz。鍵盤按鍵安排如下：
數字鍵0～9，設定鍵(#set)，正弦波、方波、三角波輸出選擇的功能鍵，輸出頻率選擇khz、mhz按鍵，總共l6個鍵。鍵盤顯示介面晶元採用北京市比高公司的bc7281a，是led數碼管及鍵盤介面專用控制晶元。它採用2線高速序列介面，只占用微控制器3個i／o埠；並且能同時控制多達l6位led數碼管以及64個鍵，符合設計的要求。
控制系統採用atmel公司的微控制器晶元。
數字頻率合成器採用功能強大的大規模數字頻率合成器mc145151來實現頻率合成的功能。mc145151是乙個標準的cmos邏輯數位電路，包括的主要部件有數字鑑相器、鎖定檢測器、l4位÷ⅳ計數器等。此外，晶元還有晶體振盪器和l4位基準分頻器(÷尺計數器)電路，由乙個3位解碼器從8種分頻比中選擇出恰當的值，產生鎖相環的基準頻率，即 =a／r。
鑑相器輸出的差分訊號經過由功放max427構成的低通濾波器後，對高頻函式發生器的壓控振盪器進行鎖定。
d／a轉換器選用ad公司的ad7541，它特別適合於精密模擬資料的獲得和控制。高頻函式發生器採用美信公司的max038晶元，其工作頻率範圍為8 khz～ 16 mhz，使用±5 v電源。振盪頻率由外接電容的電容量和輸人電流大小決定，占空比的調整也可通過相應引腳的電壓值改變。
輸出波形由兩條位址線的輸人資料決定，選擇輸出波形為正弦波、方波或三角波。
數字頻率合成器mc145151的ra2、ra1和ra0端開路，相當於輸入高電平，÷ 值被設定為8 192。振盪頻率8．192 mhz，經分頻後可得到1 khz的鑑相頻率 。微控制器由p0和p2口輸出的l4位資料d13～do被送到mc145151的n13～no端，以設定ⅳ值。
函式發生電路的同步訊號out2送到mc145151的fin端，ⅳ分頻後與比較檢出相位，與相位差有關的訊號經它的pdv和pdr輸出，並經運算放大器max427變換為±2．5 v的訊號後，送函式發生器的fadj端。由於函式發生器與mc145151組成了頻率鎖相環pll，輸出頻率被鎖定在n×．廠r，因此函式發生電路的輸出頻率可在8 khz～16．383 mhz範圍內調整，調整增幅為1 khz。微控制器同時將d13～d2送到d／a轉換器mx7541的bit1一bit12端進行d／a轉換，輸出訊號經運放max412變換成2 a～750 a的電流訊號，然後送到函式發生器的輸人端作為頻率粗調訊號，以將輸出頻率調到頻率鎖相環的捕捉範圍，然後再由鎖相環將輸出頻率鎖定在d13～do所設定的頻率。
函式發生器的輸出端接乙個50 mhz的低通濾波器，從而使16 mhz以內的正弦波、方波和三角波訊號順利地通過濾波器輸出。
1.3 軟體設計
本文主要的軟體設計有：通過鍵盤顯示控制晶元bc7281a的鍵盤輸人及led 顯示，主要涉及到bc7281a的時序、控制及暫存器的使用，包括訊號發生器的頻率數值、頻段選擇、波形選擇的鍵盤輸人和led顯示，以及微控制器對送給頻率合成器mc145151和d／a轉換器ad7541的頻率解碼及輸出。程式流程見圖1.
3。圖1.3 程式流程
在應用bc7281a晶元時，其時序非常重要。下面分位元組寫入和讀出敘述bc7281a的時序，其時序圖見圖4。
圖1.4 bc7281a時序圖
a)位元組寫入：包括指令位元組和資料位元組。傳送開始時，首先需要建立握手訊號，而bc7281a則在收到微控制器的握手脈衝後在dat線上輸出一低電平，表示準備好，可以接收它的資料。
微控制器須在l5 s之內給出下乙個clk脈衝，同時要注意資料傳送時的資料保持時間。
乙個位元組寫入bc7281 a的匯程式設計序如下(要傳送資料存於data—out)：
send_
out：
clr clk ／／在clk輸出一脈衝
setb clk
w ait_ i：
jb dat，wait1 ／／等待dat變為低電平
clr clk ／／再輸出一clk脈衝
setb clk
w ait_ 2：
jnb dat，wait2 ／／等待dat恢復高電平(輸入狀態)
mov count．#8
again：
mov c。data— out．』 ／／輸出bit7
mov dat，c
clr clk ／／輸出一clk脈衝
setb clk
mov a ，data— out
rl a
mov data— out，a ／／data— out左移1位
nop ／／短暫延時
nopnop
djnz count，again
setb dat ／／恢復dat為高電平
retb)讀出資料：其過程與寫入資料時相似，不同的是，資料讀出時微控制器僅傳送乙個單一握手脈衝，而不像寫入時一直傳送到收到bc7281 a響應訊號；當8個資料位均讀出以後，它還必須再發出一clk脈衝表示接收完畢，bc7281 a才能從輸出狀態轉成輸入狀態，準備接收下一指令。
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