一種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路，包括單片機(jī)、數(shù)字電位器和MAX038芯片；數(shù)字電位器的高電位端與電源VCC相連接，數(shù)字電位器的低電位端接地，數(shù)字電位器的滑動端與MAX038芯片的占空比調(diào)整端相連接，數(shù)字電位器的受控端與單片機(jī)的輸出端相連；模擬電子開關(guān)的公共端COM與MAX038芯片的外部電容連接端相連接；模擬電子開關(guān)的數(shù)控選通端與單片機(jī)的輸出口相連接；AX038芯片的頻率調(diào)節(jié)輸入端接地。本實用新型具有輸出信號參數(shù)的調(diào)節(jié)與設(shè)定不再依賴種類繁多的撥碼開關(guān)，系統(tǒng)設(shè)計簡化，而且用戶使用方便，系統(tǒng)的智能化水平高的優(yōu)點。
【專利說明】
一種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種信號源電路，具體是一種可以通過上位機(jī)實現(xiàn)輸出信號占空 比以及頻率等參數(shù)數(shù)字化調(diào)節(jié)的信號源電路，屬于信號發(fā)生與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 信號源電路系統(tǒng)能產(chǎn)生某些特定的周期性時間函數(shù)波形(常見的有正弦波、方波、 三角波、鋸齒波和脈沖波等)信號，頻率范圍可從微赫級到上百兆赫，在電子測量領(lǐng)域有著 廣泛的應(yīng)用。
[0003] 函數(shù)信號發(fā)生器芯片是常見的實現(xiàn)信號源電路的核心部件，如L8038，BA205等器 件應(yīng)用都非常廣泛，但是它們的功能較少，精度不高，頻率上限只有3000kHz，無法產(chǎn)生更高 頻率的信號，套接方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨立調(diào)節(jié)，二者相互影響。美國Maxim 公司生產(chǎn)的MAX038芯片逐漸得到更多的應(yīng)用，采用該芯片設(shè)計信號源電路不但設(shè)計簡單， 可以生成同一頻率信號的各種波形信號，而且能以最少的外部元件構(gòu)成多波形信號發(fā)生 器。
[0004] 但是現(xiàn)有技術(shù)中采用AX038芯片實現(xiàn)的信號源電路在輸出信號參數(shù)調(diào)整與設(shè)定方 面普遍存在以下兩方面缺陷：
[0005] ( -）占空比的調(diào)節(jié)與設(shè)定:通常占空比固定為50%，或者需要通過多個擋位開關(guān) 實現(xiàn)手動調(diào)節(jié):MAX038芯片7號引腳為占空比調(diào)整端，調(diào)整該端口電壓，即可實現(xiàn)輸出波形 占空比15%~85%調(diào)整，現(xiàn)有技術(shù)中通常是通過多個撥碼開關(guān)實現(xiàn)MAX038芯片7號引腳電 壓的選擇(通過一個撥碼開關(guān)控制某具有特定電壓的電節(jié)點與MAX038芯片7號引腳的通 斷），一個撥碼開關(guān)對應(yīng)一個具有特定電壓的電節(jié)點，顯然這會導(dǎo)致電路復(fù)雜，并且由于不 能設(shè)置太多的擋位開關(guān)，因此信號占空比選擇有限，不能產(chǎn)生具有各種占空比的信號。
[0006] (二)頻率的調(diào)節(jié)與設(shè)定：以MAX038芯片為核心的信號源電路，輸出波形頻率由10 號引腳(控制電流輸入端）的輸入電流、5號引腳(外部電容連接端）的電容值和8號引腳(頻 率調(diào)節(jié)輸入端）的電壓值共同決定，常見場合下，將8號引腳的電壓設(shè)置為0V，當(dāng)將8號引腳 的電壓為OV時，輸出波形頻率僅僅由10號引腳的輸入電流和5號引腳的電容值決定，并且， 通常是通過切換5號引腳所接電容來完成輸出信號自動波段切換(也即是輸出信號頻率的 大幅度擋位調(diào)整），但是目前現(xiàn)有技術(shù)中廣泛采用的電容切換方式均是手動撥動數(shù)個撥碼 開關(guān)，使得與某個撥碼開關(guān)對應(yīng)連接的電容與MAX038芯片的5號引腳相連接，因此系統(tǒng)將使 用至少5個以上的撥碼開關(guān)實現(xiàn)輸出信號頻率大幅擋位調(diào)整。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中信號源電路的參數(shù)調(diào)節(jié)與設(shè)定需要依靠大量的手動撥碼開 關(guān)實現(xiàn)，這使得信號源系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，并且由于設(shè)置了過多撥碼開關(guān)也給用戶的使用帶來 不便。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的是怎樣提供一種輸出信號各項 參數(shù)的調(diào)節(jié)和設(shè)定不依賴大量撥碼開關(guān)，并且系統(tǒng)設(shè)計簡單，用戶使用方便的信號源電路。
[0009] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下的技術(shù)方案。
[0010] -種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路，其特征在于:包括單片機(jī)、 模擬電子開關(guān)、數(shù)字電位器、電位器和MAX038芯片；
[0011] 所述MAX038芯片具有第一波形選擇端、第二波形選擇端、占空比調(diào)整端、外部電 容連接端、頻率調(diào)節(jié)輸入端、控制電流輸入端、基準(zhǔn)電壓輸出端和信號輸出端；
[0012] 所述數(shù)字電位器的高電位端與電源VCC相連接，數(shù)字電位器的低電位端接地，數(shù)字 電位器的滑動端與MAX038芯片的占空比調(diào)整端相連接，數(shù)字電位器的受控端與單片機(jī)的輸 出端相連；
[0013] 模擬電子開關(guān)的第一輸入輸出口 IOl與第一電容Cl的一端相連接，第一電容Cl的 另一端接地;模擬電子開關(guān)的第二輸入輸出口 102與第二電容C2的一端相連接，第二電容C2 的另一端接地;模擬電子開關(guān)的第三輸入輸出口 103與第三電容C3的一端相連接，第三電容 C3的另一端接地;模擬電子開關(guān)的第四輸入輸出口 104與第四電容C4的一端相連接，第四電 容C4的另一端接地;模擬電子開關(guān)的第五輸入輸出口 105與第五電容C5的一端相連接，第五 電容C5的另一端接地;模擬電子開關(guān)的公共端COM與MAX038芯片的外部電容連接端相連接； 模擬電子開關(guān)的數(shù)控選通端與單片機(jī)的輸出口相連接；
[0014] 所述電位器的一個固定端與電位器的抽頭端相連接，所述電位器的抽頭端與所述 MAX038芯片的基準(zhǔn)電壓輸出端相連接，所述電位器的另一個固定端與MAX038芯片的控制電 流輸入端相連接，MAX038芯片的頻率調(diào)節(jié)輸入端接地;所述單片機(jī)通過串口與計算機(jī)相連 接。
[0015] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點：
[0016] 本實用新型中數(shù)字電位器的高電位端與電源VCC相連接，數(shù)字電位器的低電位端 接地，數(shù)字電位器的滑動端與MAX038芯片的占空比調(diào)整端相連接，因此數(shù)字電位器實際構(gòu) 成一個調(diào)壓器，單片機(jī)控制數(shù)字電位器的受控端使得數(shù)字電位器的滑動端電位得到控制， 因此能夠?qū)AX038芯片輸出信號的占空比進(jìn)行控制，綜上，本實用新型中單片機(jī)通過向數(shù) 字電位器的受控端發(fā)送數(shù)字信號即可調(diào)節(jié)信號源電路輸出信號的占空比。
[0017] 本實用新型中模擬電子開關(guān)的各個輸入輸出口分別與各個電容的一端相連接， 模擬電子開關(guān)的公共端則與MAX038芯片的外部電容連接端相連接，因此模擬電子開關(guān)在單 片機(jī)的控制下可以任意選通任何一個用于調(diào)節(jié)輸出信號頻率的電容，這使得輸出信號頻率 調(diào)整實現(xiàn)數(shù)字化。
[0018] 又由于本實用新型中，單片機(jī)通過串口與計算機(jī)相連接，因此用戶可以通過作為 上位機(jī)的計算機(jī)將需要設(shè)定的輸出信號參數(shù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)再將控制數(shù)據(jù)用于對數(shù) 字電位器和模擬電子開關(guān)進(jìn)行控制實現(xiàn)了輸出信號參數(shù)的數(shù)字化調(diào)節(jié)與設(shè)定，這不僅省去 了大量撥碼開關(guān)的使用，使得輸出信號參數(shù)的調(diào)節(jié)與設(shè)定不再依賴種類繁多的撥碼開關(guān)， 簡化了系統(tǒng)設(shè)計，而且方便了用戶使用，提高了系統(tǒng)的智能化水平。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021] 如圖1所示，一種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路，包括單片機(jī)、 數(shù)字電位器、模擬電子開關(guān)、電位器和MAX038芯片；
[0022] MAX038芯片能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波(含方波）、正弦波信號。其主要 特點在于:頻率范圍從〇 . IHz~20MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出幅度均為2V (峰峰 值）；占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍 是15%~85%;波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比調(diào)節(jié)時非線性度低于2%;采 用±5V雙電源供電，允許有5%變化范圍，電源電流為80mA，典型功耗400mW，工作溫度范圍 為0~70ΠΑΧ038芯片具有第一波形選擇端、第二波形選擇端、占空比調(diào)整端、外部電容連 接端、頻率調(diào)節(jié)輸入端、控制電流輸入端、基準(zhǔn)電壓輸出端和信號輸出端。其中，MAX038芯片 7號引腳為占空比調(diào)整端，調(diào)整該端口電壓，即可實現(xiàn)輸出波形占空比15%~85%調(diào)整，當(dāng) 該端口電壓為0時，輸出波形占空比為50%。輸出波形頻率由10號引腳(控制電流輸入端）的 輸入電流、5號引腳(外部電容連接端)的電容值和8號引腳(頻率調(diào)節(jié)輸入端)的電壓值共同 決定，常見場合下，將8號引腳的電壓設(shè)置為0V，當(dāng)將8號引腳的電壓為OV時，輸出波形頻率 僅僅由10號引腳的輸入電流和5號引腳的電容值決定(公式為f = I/C，其中，f為輸出信號頻 率，I為控制電流輸入端輸入電流，C為外部電容連接端所接電容的電容值），并且通常是通 過切換5號引腳所接電容來完成輸出信號自動波段切換(也即是輸出信號頻率的大幅度擋 位調(diào)整）。
[0023] 模擬電子開關(guān)采用⑶4051芯片。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有A、B 和C三個二進(jìn)制數(shù)控選通端，CD4051具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5~20V 的數(shù)字信號可控制峰峰值至20V的模擬信號三位二進(jìn)制信號可以選通8通道中的一個通道， 連接該輸入端至公共端。
[0024]數(shù)字電位器為X9313芯片，該數(shù)字電位器具有如下引腳："增加輸入引腳， "升降輸入引腳而"，"高電位端VH"，"低電位端VL"，"地端VSS"，"滑動端VW"和"片選輸入 端石"，其中"增加輸入引腳"，"升降輸入引腳"和"片選輸入端己"為數(shù)字電位 器的受控端。單片機(jī)采用普通單片機(jī)即可。
[0025]具體電路連接關(guān)系是：
[0026](一)與占空比調(diào)整有關(guān)的電路結(jié)構(gòu)
[0027]數(shù)字電位器的高電位端與電源VCC相連接，數(shù)字電位器的低電位端接地，數(shù)字電位 器的滑動端與MAX038芯片的占空比調(diào)整端相連接，數(shù)字電位器的受控端與單片機(jī)的輸出端 相連。
[0028](二)與頻率調(diào)節(jié)有關(guān)的電路結(jié)構(gòu)
[0029]模擬電子開關(guān)的第一輸入輸出口 IOl與第一電容Cl的一端相連接，第一電容Cl的 另一端接地；
[0030]模擬電子開關(guān)的第二輸入輸出口 102與第二電容C2的一端相連接，第二電容C2的 另一端接地；
[0031]模擬電子開關(guān)的第三輸入輸出口 103與第三電容C3的一端相連接，第三電容C3的 另一端接地；
[0032]模擬電子開關(guān)的第四輸入輸出口 104與第四電容C4的一端相連接，第四電容C4的 另一端接地；
[0033]模擬電子開關(guān)的第五輸入輸出口 105與第五電容C5的一端相連接，第五電容C5的 另一端接地；
[0034]模擬電子開關(guān)的公共端COM與MAX038芯片的外部電容連接端相連接;模擬電子開 關(guān)的數(shù)控選通端與單片機(jī)的輸出口相連接；
[0035] 所述電位器的一個固定端與電位器的抽頭端相連接，電位器的抽頭端與MAX038芯 片的基準(zhǔn)電壓輸出端相連接，所述電位器的另一個固定端與MAX038芯片的控制電流輸入端 相連接，MAX038芯片的頻率調(diào)節(jié)輸入端接地。
[0036](三)與波形選擇有關(guān)的電路結(jié)構(gòu)
[0037]為了實現(xiàn)各種輸出波形選擇，MAX038芯片的第一波形選擇端和第二波形選擇端均 與單片機(jī)的輸出端相連接。
[0038]此外，由于MAX038的各種輸出波形的峰峰幅值均為2V，為了適合不同應(yīng)用場合，為 其添加一級放大濾波電路，MAX038芯片的信號輸出端與放大濾波電路的輸入端相連接。 [0039] 本實用新型工作原理如下：
[0040](一）占空比的調(diào)整
[0041]以上數(shù)字電位器的連接構(gòu)成了一個調(diào)壓電路，調(diào)壓電路的輸出端為數(shù)字電位器的 滑動端VW，由于數(shù)字電位器的高電位端與電源VCC相連接，數(shù)字電位器的低電位端接地，因 此數(shù)字電位器的滑動端VW電壓可在電源電壓(5V)與地電壓(OV)之間變化，調(diào)節(jié)精度由所選 數(shù)字電位器的抽頭數(shù)決定，本實用新型【具體實施方式】所舉例的X9313芯片調(diào)節(jié)精度為0.6V。 具體工作時，增加輸入引腳^由下降沿觸發(fā)，該引腳上出現(xiàn)的下降沿將使得滑動端VW朝 內(nèi)部計數(shù)器增加或減小的方向移動，升降輸入引腳^上的邏輯電平控制著數(shù)字電位器滑 動端VW移動的方向；增加輸入引腳^和升降輸入引腳i歷的信號均由單片機(jī)提供，從而 實現(xiàn)數(shù)字電位器的滑動端VW電壓在5V與OV之間連續(xù)調(diào)節(jié)。由于數(shù)字電位器的滑動端與 MAX038芯片的占空比調(diào)整端相連接，因此單片機(jī)能通過調(diào)整調(diào)壓電路（由數(shù)字電位器構(gòu)成） 的輸出電壓實現(xiàn)MAX038芯片輸出信號的占空比數(shù)字化控制。具體的MAX038芯片的占空比調(diào) 整端電壓與輸出信號占空比之間的關(guān)系是:V= (50%-D) X0.0575,式中D表示輸出信號占 空比。
[0042]當(dāng)然上述原理中單片機(jī)發(fā)送的用于控制數(shù)字電位器受控端的數(shù)據(jù)來源于用戶通 過上位機(jī)發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)，因此用戶只需要在作為上位機(jī)的計算機(jī)上進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè) 置即可，而不必使用大量的撥碼開關(guān)。
[0043] (二)頻率調(diào)節(jié)
[0044] 單片機(jī)通過其輸出口向模擬電子開關(guān)的數(shù)控選通端(A、B和C三個二進(jìn)制數(shù)控選通 端)發(fā)送選通信號可以分別選中第一輸入輸出口 IOl、第二輸入輸出口 102和第三輸入輸出 口 103,被選中的輸入輸出口被連接到公共端C0M，例如當(dāng)A、B和C信號為000時，第一輸入輸 出口 IOl被選中，連接到公共端C0M，當(dāng)A、B和C信號為001時，第二輸入輸出口 102被選中，連 接到公共端COM。進(jìn)而由于模擬電子開關(guān)的各個輸入輸出口分別與各個電容的一端相連接， 模擬電子開關(guān)的公共端則與MAX038芯片的外部電容連接端相連接，因此模擬電子開關(guān)在 單片機(jī)的控制下可以任意選通任何一個用于調(diào)節(jié)輸出信號頻率的電容，根據(jù)前述公式(f = Ι/C)即可確定輸出信號頻率，計算依據(jù)如下：
[0045] (1)MAX038芯片控制電流輸入端輸入電流I:由電位器控制（電位器連接成變阻式， 電位器的一個固定端與電位器的抽頭端相連接，并且抽頭端與MAX038芯片的基準(zhǔn)電壓輸出 端相連接，因此MAX038芯片控制電流輸入端輸入電流I由電位器阻值決定，本實用新型中將 該電流設(shè)定為20-200uA)。
[0046] (2)外部電容連接端所接電容C:任選第一電容Cl至第五電容C5實現(xiàn)5個輸出信號 波段選擇，具體的第一電容Cl至第五電容C5分別設(shè)定為10000??、1000??、269??、48和30??， 則對應(yīng)頻率段范圍為：2kHz-20kHz、20kHz-200kHz、200kHz-2MHz、2MHz-8MHz 和 8MHz-l 3MHz。
[0047] 當(dāng)然，也可以設(shè)置更多路數(shù)的電容使得可選擇擋位更多，如果8路擋位仍然不滿足 需求，則可設(shè)置另一片或者多片模擬電子開關(guān)，所有模擬電子開關(guān)在電路中的連接方式均 相同，但是通常5路擋位電容已經(jīng)足夠。
[0048] 當(dāng)然用戶也是通過與單片機(jī)連接的上位機(jī)來發(fā)送控制參數(shù)實現(xiàn)模擬電子開關(guān)的 控制，上位機(jī)只需要在其界面設(shè)定輸出信號波段范圍（5個擋位中的某一個），上位機(jī)計算出 該擋位對應(yīng)的模擬電子開關(guān)數(shù)控選通端需要的數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)送 數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)波段選擇。
[0049] 需要說明的是輸出信號頻率的微調(diào)是可以通過MAX038芯片8號引腳(頻率調(diào)節(jié)輸 入端)上的電壓的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，具體的可以采用電位器來實現(xiàn)，但是通常情況為了簡化設(shè) 計也會將該腳直接地。
[0050] (二)波形選擇
[0051]此外本實用新型的波形選擇可以通過MAX038芯片具有第一波形選擇端和第二波 形選擇端的電位來實現(xiàn)。第一波形選擇端和第二波形選擇端均與單片機(jī)的輸出端相連接以 實現(xiàn)獲取電平值，顯然用戶也可以通過上位機(jī)實現(xiàn)波形的選擇。
[0052]綜上，上位機(jī)可以通過單片機(jī)實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出信號的占空比、頻率、波形三種重要 參數(shù)的集中調(diào)節(jié)與設(shè)定，這大大方便了用戶的使用。
[0053]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本 實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范 圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路，其特征在于:包括單片機(jī)、模 擬電子開關(guān)、數(shù)字電位器、電位器和MAX038芯片； 所述MAX038芯片具有第一波形選擇端、第二波形選擇端、占空比調(diào)整端、外部電容連接 端、頻率調(diào)節(jié)輸入端、控制電流輸入端、基準(zhǔn)電壓輸出端和信號輸出端； 所述數(shù)字電位器的高電位端與電源VCC相連接，數(shù)字電位器的低電位端接地，數(shù)字電位 器的滑動端與MAX038芯片的占空比調(diào)整端相連接，數(shù)字電位器的受控端與單片機(jī)的輸出端 相連； 模擬電子開關(guān)的第一輸入輸出口 101與第一電容C1的一端相連接，第一電容C1的另一 端接地;模擬電子開關(guān)的第二輸入輸出口 102與第二電容C2的一端相連接，第二電容C2的另 一端接地;模擬電子開關(guān)的第三輸入輸出口 103與第三電容C3的一端相連接，第三電容C3的 另一端接地;模擬電子開關(guān)的第四輸入輸出口 104與第四電容C4的一端相連接，第四電容C4 的另一端接地;模擬電子開關(guān)的第五輸入輸出口 I〇5與第五電容C5的一端相連接，第五電容 C5的另一端接地;模擬電子開關(guān)的公共端COM與MAX038芯片的外部電容連接端相連接;模擬 電子開關(guān)的數(shù)控選通端與單片機(jī)的輸出口相連接； 所述電位器的一個固定端與電位器的抽頭端相連接，所述電位器的抽頭端與所述 MAX038芯片的基準(zhǔn)電壓輸出端相連接，所述電位器的另一個固定端與MAX038芯片的控制電 流輸入端相連接，MAX038芯片的頻率調(diào)節(jié)輸入端接地;所述單片機(jī)通過串口與計算機(jī)相連 接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可以通過上位機(jī)調(diào)節(jié)輸出信號參數(shù)的信號源電路，其特 征在于，所述MAX038芯片的信號輸出端與放大濾波電路的輸入端相連接。
【文檔編號】G05B19/042GK205427529SQ201620208277
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】霍福翠
【申請人】重慶電子工程職業(yè)學(xué)院