高频信号发生器的设计
O 引言 (1)
1系统设计 (2)
1.1系统原理 (2)
1.2硬件设计 (3)
1.3软件设计 (4)
1.4PCB制作及系统测试结果 (7)
1.5MAX038的基本性能 (8)
1.6MAX038的典型应用 (8)
1.7MAX038锁相技术 (10)
1.8MAX038高额印刷电路板设计 (11)
2 稳定高频信号发生器锁相环式频率合成器 (11)
3 结束语 (13)
4 总结和体会 (13)
参考文献： (14)
高频信号发生器的设计
摘要：介绍了两种高频信号发生器设计介绍一种性能优良的高频信号发生器，对其产生信号的频率、占空比等技术指标进行了分析讨论，给出了它在电子技术中相应的典型应用实例。它产生的信号波形清晰．频率、相位和幅度稳定．失真度低．价比高，具有较高的实用价值。另一种键控式的采用单片机对高频函数发生电路进行程序控制的高频信号发生器的设计方案。此方案能产生方波、正弦波和三角波等信号；采用数字频率合成器，使输出信号频稳度和晶体振荡器的相当；并用键盘设置波形和频率，由LED显示。输出信号的频率分成1 MHz～16 MHz和8 kHz～999 kHz两挡。
关键词：高频信号发生器；键控；单片机；芯片
O 引言
高频信号发生器是可以用来对收音机、录音机、电视机等家用电器的元器件性能进行测试和调试的一种能产生高频调幅／调频信号的专用仪器。不仅可测试晶体管放大器的频带，调试收音机选频网络中的中频信号，观察电感、电容器的高频特性，还可统调整个收音机中、短波段频率范围。
目前实验室所使用的低频信号发生器，其最高输出频率一般小于1 MHz。例如：集成函数波形发生器一般都采用扫频信号发生器ICL8038或集成函数发生器5G8038，它们都只能产生300 kHz以下的中低频正弦波、矩形波和三角波，且频率与占空比不能单独调节，给使用带来很大不便，也无法满足高频精密信号源的要求，不能满足高速电路调试的需要，而购买一台高频信号发生器价格又相当昂贵。因此有必要研制一种低价格、高性能的高频信号发生器。
本文所介绍的高频信号发生器能输出8kHz～16 MHz的方波、正弦波和三角波等信号，频率与占空比能单独调节；采用了数字频率合成器，使输出信号频稳度和晶体振荡器的相当。用户通过键盘输入所需的波形与频率数值，同时LED(发光二极管)显示电路将这些参数显示出来。此设计既能满足一般高速电路调试的需要，又可作为一般实验室的基本配置。
电子技术的发展，使得性能稳定的信号发生电路得到了广泛应用．其中低频、中频信号发生电路结构简单，经济，可靠，应用范围广阔，而高频信号发生电路的频率稳定度、温度稳定性较差。随着集成芯片Ic制造工艺的发展和电路结构的更新，高性能的集成芯片得到了迅速发展，使得集成芯片在波形发生、信号处理、电视技术、测量技术、通信技术、信息运算、多媒体技术以及一般的电子电路设计等领域得到了非常广泛的应用，并极大地促进了相关领域的迅速发展。本文分析讨论了高性能的高频信号发生器在电子技术中的应用，给出了相应的典型应用实例(以MAX038为例)。
1系统设计
1.1 系统原理
整个系统的结构框图如图1.1所示，其中包括高频函数发生器、数字频率合成器、D／A转换器、单片机、键盘和数字显示电路及接口、低通滤波器共6个模块。
本设计采用高频函数发生器和数字频率合成器产生波形及频率。控制和管理电路由单片机及D／A转换模块组成。其主要功能是：对键盘输入的波形和频率选择等数据进行译码，计算出相应的控制参数，控制函数发生器和频率合成器输出正确的信号，并将其频率和波形参数用LED显示出来。低通滤波器主要用于滤除函数发生电路输出波形的高频干扰。
图1.1
下面具体介绍这几个模块。
a)键盘显示电路及单片机控制系统：控制和管理后面的信号发生电路。
b)数字频率合成器 J：选用间接式，即采用锁相环路、频率电压转换电路(鉴频器)等方法，对压控振荡器和标准频率进行比较，从而用误差电压控制输出信号。其优点是因从振荡电路直接输出，所以能提高信噪比；但本振噪声往往会增大。本系统采用数字频率合成器，使输出信号频稳度和晶体振荡器的相当。
c)D／A转换器：实际上有两个环节，即先将数字量转换为模拟电流，这是由D／A转换器实现的；再利用运算放大器来完成模拟电流到模拟电压的转换。
d)高频函数发生器：结构框图如图1.2所示。
图1.2 高频函数发生器结构框图
基准电压源提供2．5 V基准电压，主要用来为振荡频率控制器提供一个稳定电流，也可用做其他模块的基准。其基本振荡器是一个张弛振荡器，同时产生三角波和方波(A和B)。三角波分为两路：一直接送至多路模拟开关，另一路送人正弦波形成电路。正弦波形成电路把三角波转变成一个具有等幅的低失真的正弦波，送往多路模拟开关以供选择。方波(A和B)是一对内部差动矩形波信号，经差动比较器形成双极性矩形波信号。三角波、矩形波和正弦波输入到多路模拟开关，用两根地址线作为这3种波形的选择线。
e)低通滤波器：用来抑制高频噪声干扰。
1.2 硬件设计
键盘显示电路运用4个LED显示和l6个按键。显示电路用4个七段LED数码管显示波形选择和3位频率数值，将最低位小数点用做单独指示灯，指示频率的单位是kHz还是MHz。键盘按键安排如下：数字键0～9，设定键(#SET)，正弦波、方波、三角波输出选择的功能键，输出频率选择kHz、MHz按键，总共l6个键。键盘显示接口芯片采用北京市比高公司的BC7281A，是LED数码管及键盘接口专用控制芯片。它采用2线高速串行接口，只占用单片机3个I／O 端口；并且能同时控制多达l6位LED数码管以及64个键，符合设计的要求。控制系统采用ATMEL公司的单片机芯片。
数字频率合成器采用功能强大的大规模数字频率合成器MC145151来实现频率合成的功能。MC145151是一个标准的CMOS逻辑数字电路，包括的主要部件有数字鉴相器、锁定检测器、l4位÷Ⅳ计数器等。此外，芯片还有晶体振荡器和l4位基准分频器(÷尺计数器)电路，由一个3位译码器从8种分频比中选择出恰当的值，产生锁相环的基准频率，即 =A／R。鉴相器输出的差分信号经过由功放MAX427构成的低通滤波器后，对高频函数发生器的压控振荡器进行锁定。
D／A转换器选用AD公司的AD7541，它特别适合于精密模拟数据的获得和控制。高频函数发生器采用美信公司的MAX038芯片，其工作频率范围为8 kHz～ 16 MHz，使用±5 V电源。振荡频率由外接电容的电容量和输人电流大小决定，占空比的调整也可通过相应引脚的电压值改变。输出波形由两条地址线的输人数据决定，选择输出波形为正弦波、方波或三角波。
数字频率合成器MC145151的RA2、RA1和RA0端开路，相当于输入高电平，
