基于单片机的信号发生器设计 系统硬件设计
生的，示意接线图如图1.3所示,根据结点法原理得下式：
0?2.5V2.5?VO? （2.4）
100K?9.53KVO?2.74V
+2.5V+2.74VR0330KR1R2330K1.2M54212022U5D0D1D2D3D4D5D6D7161514131211109R3VREFAVREFBVERFCVREFDD0D1D2D3D4D5D6D7VDD280K12124232-++Component_1R4280K12MAX5051_1-++Component_1R53FADJ3DADJVoutaVoutbVoutcVoutd367VASGSNDDGND17505_A019505_A118505_LADC8WRA0A1LDACIINC20.1uF-5V3.3K 图2.5 D/A转换电路图
2.4频段选择电路
MAX038 的输出频率和CF电容与IIN 端的电流间的关系如图1.2。固定一个CF值,当IIN 端的电流从到750?A的变化时,对应产生一个频段的频率范围。如表1.1所示的选用的电容值分别为10pF,1nF ,100nF,10?F。
我们选用多路开关CD4052做为切换不同电容所需要用的芯片器件。多路
开关CD4052的选通控制如表2.3所示，每当S1，S2出于不同的的组合状态的时候，可以同时选通两路开关AxBx,因此采用如图2.5所示的连接方式可以实现将电容连接到5脚COCS上。
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表2.3 CD4052功能状态表 输入状态 ENBALE L L L L H S1 L L H H X S2 L H L H X A0B0 A1B1 A2B2 A3B3 都选不通 选通渠道
在5脚COCS和6脚GND接上电容CF以后，10脚IIN是频率控制的电流输入端，
利用恒定电流IIN向电容CF充电和放电，便可形成振荡。例如：当S1S2是H L时，A2B2通道被选通，电容C9被连接在MAX038的5脚COCS上。
U4C710pF1nF100nF10uF15244052_INH64052_A104052_B97C8C9C1012141511X0X1X2X3Y0Y1Y2Y3INHABVEE4052X13P0Y3+5V
图2.6 频段选择电路
2.5 幅度控制电路
该部分电路主要有放大器电路和数字电位器电路两部分组成，其中放大
器部分电路的作用是将MAX038产生的电压波形2Vp-p放大为5Vp-p，数字电位器电路的作用是为了实现产生的电压波形在-5V～+5V之间数字可调。
美国模拟器件公司推出一次性编程(OTP)数字电位计系列产品AD5171，具有I2C接口，用来读/写滑片位置，而OTP性能则能永久设定滑片的位置。工作温度范围为-40℃到+125℃之间，温度系数为35ppm/℃，工作电压在2.7至
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5.5V之间，工作电流不大于5 A。AD5171是64滑点的数字电位计。
I2C[Inter-Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。总线的构成及信号类型是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。总线必须由主器件(通常为微控制器)控制，主器件产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向，并产生起始和停止条件。[3]
当SCL保留高电位同时SDL变低时传送开始。这个开始状态之后，时钟信号变低来启动数据传送。在每一个数据位，时钟位在确保数据位正确时变高电平。在每一个8位数据的结尾发送一个确认信号，而不管它是地址还是数据。在确认时，传送端不会把SDL变为低电平，如果正确接收到了数据允许接收端把电位变为0。确认信号后，当SCL处于高电平时SDL从低变为高，指示数据传送停止。
I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，因为地址码的作用各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。
I2C总线在传送数据过程有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况做出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。
I2C接口的设计也大大提高了芯片的利用效率，我们利用AT89C51的
P1.6,P1.7脚就可以控制数据对模拟量进行数字控制。
在I2C总线的应用中应注意的事项总结为以下几点 : ① 严格按照时序图的要求进行操作；
② 若与口线上带内部上拉电阻的单片机接口连接，可以不外加上拉电阻；
③ 程序中为配合相应的传输速率，在对口线操作的指令后可用软件延
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时程序加一定的延时；
④ 为了减少意外的干扰信号将EEPROM内的数据改写可用外部写保护引脚（如果有），或者在EEPROM内部没有用的空间写入标志字，每次上电时或复位时做一次检测，判断EEPROM是否被意外改写。
+5VR6100KC1120.1uF12038_A03038_A14P056DADJFADJ789IIN101R710K-++OPAMP_2refGNDA0A1COSCGNDDADJFADJGNDIINMAX038CPPGND3GNDU6V-OUTGNDV+DV+DGNDSYNCPD1PD0GND0.01uF20191817161514131211R124K0.01uFC130.01uF+5VU78GND7C145171_SCL45071_SDA5AAD0BWSCLVDDSDAGNDAD51716123GNDOUTGND12C12R1110K-++OPAMP_23+2.74V-5VR1010K+5.5V
图2.7 幅度控制电路
2.6 键盘电路
键盘用的是上拉电阻，选通接地的形式。
KEY0键功能：三角波，正弦波，矩形波的循环选择。
KEY1键功能：频段，频率，占空比，幅度的控制的循环选择。 KEY2键功能：选定的控制对象步进量增。 KEY3键功能：选定的控制对象步进量减。 KEY4键功能：选择确定。
KEY5键功能：选择不确定（即返回）。
例如产生一个正弦波的控制方式：在开始界面用KEY0键选择正弦波，用
KEY4键确定进入频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，首先用KEY1键
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来选择频率，KEY4键确定进入，然后用KEY2和KEY3键来实现频率步进的增值或减值，数值确定后KEY4键确定，然后KEY5键返回到频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，用KEY2键来选择占空比，KEY4键确定进入，然后用KEY2和KEY3键来实现占空比步进的增值或减值，数值确定后KEY4键确定，然后KEY5键返回到频率，占空比，幅度的控制的循环选择界面，用KEY2键来选择幅度，KEY4键确定进入，然后用KEY2和KEY3键来实现幅度步进的增值或减值，数值确定后KEY4键确定。
R0SW2R1SW2R2SW2R3SW2R4SW2R5SW2Key0Key1Key2Key3Key4Key54.7k4.7k4.7k4.7k4.7k4.7kVCC
图2.8 键盘电路
2.7电源电路
根据整机要求，电源电路应为信号产生电路提供5V电压，其中±5V电压需
要稳压输出，为此选用了7815， 7915两种三端集成稳压器，这种三端固定电压输出式集成稳压器，使用简单，价格较低，且由于内部具有过压过流保护，使整机的电源电路稳定，性能可靠。外接9V交流电输入，经绝对值电路，然后滤波通过7805，7905产生±5V的直流电压。电源部分电路图如图2.9所示。
U2780519+9VGND0.15AQ13A+5VVinVout32200uF35V2200uF35VE0C3105GND9V9-0.15AC51052C4105E1100uF25VC61051E3100uF25V3-5VE22VinU37905GNDVout 图2.9 电源电路图
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