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2 數(shù)控波形發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

數(shù)字化波形發(fā)生器主要由主控制器單片機(jī) 89C52、鍵盤與顯示電路、波形發(fā)生器 MAX038、 12 位 4 路數(shù)模轉(zhuǎn)換器 MAX526、頻段控制單元、幅值控制單元等單元電 路 組 成 。 單 片 機(jī) 主 要 完 成 對(duì) 鍵 盤 輸 入 的 檢 測(cè) 、對(duì)MAX038 輸出波形的選擇、 對(duì) D/A 輸出控制, 從而完成對(duì)頻率和占空比的調(diào)節(jié)及對(duì)頻段的選擇; 鍵盤采用 4× 5的矩陣鍵盤, 分別設(shè)置了數(shù)字鍵( 0~9) 和功能鍵( 小數(shù)點(diǎn)" ."、 頻段、 頻率、 占空比、 幅值、 正弦波、 方波、 三角波、取消等) 共 19 個(gè)鍵。使用時(shí)先按功能鍵后按數(shù)字鍵; 顯示部分采用 LCD 顯示頻率(6 位)和幅值(4 位); MAX038函數(shù)發(fā)生器芯片是系統(tǒng)的核心部分, 在單片機(jī)的控制下輸出正弦波、 三角波、 矩形波, 且波形的頻率和占空比易于調(diào)節(jié); 12 位 4 路輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 MAX526 在單片機(jī)的控制下, 輸出 2~750μ A 的電流及± 2.4V 和± 2.3V 的電壓, 分別進(jìn)行頻率、 占空比的調(diào)節(jié); 頻段選擇單元采用 8選 1 的多路模擬開關(guān) AD7501, 在單片機(jī)的控制下使每一路分時(shí)選通, 將不同的電容值 CF 接入 MAX038 電路中, 就可確定輸出頻率范圍, 即頻段, 共有 6 個(gè)頻段供選擇切換, 輸出波形頻率范圍與 CF 的關(guān)系如表 1 所示。幅度控制單元主要調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的幅度, MAX038 輸出端OUT 的 VP - P =2V 幅度值通過放大器放大后送入數(shù)字衰減器 AT- 280 中進(jìn)行衰減, 調(diào)整放大后的輸出幅度。鍵盤輸入與顯示、 頻段選擇及數(shù)控調(diào)節(jié)電路原理圖如圖 2所示。

2 .1 4 路 12 位電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器 MAX526 的應(yīng)用MAX526 是 4 路 12 位電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器, 模擬量電壓輸出為: VOUT=( VREF× Dn ) /4096。8 位數(shù)據(jù)總線, 數(shù)據(jù)通過兩次寫操作( 低 8 位 LSB, 高 4 位 MSB) 裝入各輸入寄存器, 并通過異步裝載 DAC 輸入信號(hào)將輸入寄存器數(shù)據(jù)裝入 DAC 寄存器。MAX526 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 3μ s , 與TTL/CMOS 電平兼容, 只有 1LSB 不可校正線性誤差的優(yōu)點(diǎn), 使其廣泛地應(yīng)用在數(shù)字增益校正、 工業(yè)控制、 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備等方面。

MAX526 的 VOUTA、VOUTB、 VOUTC、 VOUTD 是 4 通道模擬量輸出引腳; 控制信號(hào) CSMSB、 CSLSB 為高低字節(jié)位選擇, 當(dāng) CSLSB 為 0 時(shí)低 8 位數(shù)據(jù)輸出, CSMSB 為 0 時(shí)高4 位數(shù)據(jù)輸出。控制信號(hào) LDAC 為 0 時(shí)將各自輸入寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)換到其各自獨(dú)立的 DAC 寄存器。控制信號(hào)A0、 A1 為 通 道 選 擇 信 號(hào) ; 數(shù) 據(jù) 線 D0 ~D7, D8 ~D11 與D0~D3 復(fù)用; WR 為寫控制信號(hào); 基準(zhǔn)電源信號(hào) REFAB是 A、 B 模擬量基準(zhǔn)輸入, REFCD 是 C、 D 模擬量基準(zhǔn)輸入。MAX526 通過 A0、 A1 選擇 DAC 以便區(qū)分訪問的是哪個(gè)通道, 通過 CSMSB、 CSLSB、 WR 這 3 個(gè)信號(hào)區(qū)分將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)裝入到 A0、 A1 已選擇的各個(gè)輸入寄存器的內(nèi)容, 并區(qū)分寫入的數(shù)據(jù)是高 4 位還是低 8 位。MAX526編程設(shè)計(jì)時(shí)通過 LDAC 控制各個(gè)通道 DAC 寄存器的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。在接口電路中, 將 LDAC 與單片機(jī)的 P17 相連,以便查詢其工作狀態(tài)。另外, MAX6325 是一個(gè)電壓基準(zhǔn)信號(hào)源, 提供 MAX526 所必須的外接電壓參考。

2 .2 頻率和占空比的數(shù)控調(diào)節(jié)原理

MAX038 的輸出頻率主要受振蕩器電容 CF、 IIN 端電流 IIN 和 FADJ 端電壓 VFADJ 控制。選擇一個(gè) CF 值, 對(duì)應(yīng)IIN 端電流變化, 將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外, 改變 FADJ 端的電壓, 可以在 IIN 控制的基礎(chǔ)上, 對(duì)輸出頻率實(shí)現(xiàn)微調(diào)控制。 可通過電壓輸出型的 DAC MAX526 實(shí)現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)節(jié)。MAX038 的 IIN 端和 FADJ 端分別連接到 MAX526 的 VOUTA 和 VOUTB 兩個(gè)輸出端上。通過 V B 產(chǎn)生 0V( 00H) 到2.5V( 0FFH) 的輸出電壓, 再經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò), 在 IIN 端產(chǎn)生 0μ A 到 750μ A 的工作電流, 使之產(chǎn)生相應(yīng)的頻率范圍。VOUTB 將此工作電流范圍分為 256 級(jí)步進(jìn)間隔, 輸出頻率范圍也被分為 256級(jí)步進(jìn)間隔。所以, IIN 端電流實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出頻率的粗調(diào)。VOUTA 在 FADJ 端產(chǎn)生一個(gè)從- 2.4V( 00H) 到+2.4V( 0FFH) 的電壓范圍, 該范圍同樣也包含 256 級(jí)步進(jìn)間隔, 將 IIN 端的步進(jìn)間隔再次細(xì)分為 256 級(jí)步進(jìn)間隔,從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)微調(diào)。各頻段的頻率范圍劃分為 65 536 級(jí)間隔。 MAX526 的 VOUTC 在 DADJ 端產(chǎn)生一個(gè)從- 2.3V( 00H) 到+2.3V( 0FFH) 的 電壓 調(diào)節(jié)范 圍, 對(duì) 占空比實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制, 該范圍包含 256 級(jí)步進(jìn)間隔。VOUTC的每一級(jí)步進(jìn)對(duì)應(yīng)著 Δ V=[2.3- ( - 2.3) ]/256=17.9mV 和V%=( 90%- 10%) /256=0.3125。調(diào)節(jié)占空比時(shí)應(yīng)盡量避免輸出頻率發(fā)生變化。僅當(dāng) δ =15%~85%且 25μ A<IIN<250μ A 時(shí), 對(duì)頻率影響小。數(shù)控波形發(fā)生器頻率和占空比調(diào)節(jié)電路的原理圖如圖 3 所示。

2 .3 輸出幅值的數(shù)控調(diào)節(jié)

MAX038 的輸出信號(hào)本身在輸出級(jí)有內(nèi)部的輸出放大器, 具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力, 且輸出阻抗小于 0.1Ω, 但是, 由于其輸出波形的幅度為 2VP- P, 若要調(diào)節(jié)它的輸出幅度, 特別是當(dāng)輸出頻率較高、 輸出波形不是正弦波時(shí),要進(jìn)行幅度放大相當(dāng)困難。所以, 要為 MAX038 的 3 種10Hz~10MHz 輸出波形配置一種通用的全帶寬后級(jí)輸出放大器。放大以后的輸出信號(hào)送入數(shù)字衰減器 AT- 280進(jìn)行衰減。AT- 280 是一種采用 SOIC- 16 塑封表貼封裝形式的 5 位、 0.5B 步距的數(shù)字衰減器, 非常適用于高精度衰減、 快速開關(guān)、 極低功耗要求的場(chǎng)合, 其可靠性非常高。VC1、 VC10、 VC2、 VC20、 VC3、 VC30、 VC40、 VC50 分別為 數(shù) 據(jù) 控 制 端 ; RF1 和 RF2 分 別 為 信 號(hào) 輸 入 輸 出 端 。AT- 280 的真值表如表 2 所示。

3 數(shù)控函數(shù)發(fā)生器頻率與幅值的 LCD 顯示及頻段選擇

液晶顯示模塊 LCM 是一種將液晶顯示器件、連接件、 集成電路、 背光源等裝配在一起的組件。 在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶模塊作為輸出器件具有顯示質(zhì)量高、 數(shù)字式接口、 體積小、 重量輕、 功率消耗小等優(yōu)點(diǎn), 非常適合于嵌入式系統(tǒng)、 移動(dòng)設(shè)備和掌上設(shè)備的使用。點(diǎn)陣圖形液晶模塊不僅可以顯示字符、 漢字, 還可以顯示連續(xù)、 完整的圖形。

3.1 內(nèi)置 SED1520 的 MGLS- 12032 圖形液晶模塊的應(yīng)用在 GPS 定位信息采集與顯示系統(tǒng)中, 使用型號(hào)為MGLS - 12032 的點(diǎn)陣圖形液晶模塊, 內(nèi)置 SED152F0A 控制驅(qū)動(dòng)器, 集行、 列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體, 廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊。液晶模塊 MGLS- 12032 的點(diǎn)陣數(shù)120× 32, 而 一 個(gè) SED152F0A 顯 示 控 制 器 內(nèi) 置 80× 32( 2560 位) 顯示 RAM 區(qū), RAM 中的一位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮、 暗狀態(tài): “ 1” 表示亮, “ 0” 表示暗。顯示RAM 被分成 4 頁(yè), 每頁(yè) 8 行有 80 字節(jié), 每頁(yè)的數(shù)據(jù)寄存器分別對(duì)應(yīng)液晶屏幕上的 8 行點(diǎn)。MGLS- 12032A 液晶模塊由兩片 SED1520F0A 驅(qū)動(dòng), 兩個(gè) SED152F0A 都只用了其中的 60 個(gè)列驅(qū)動(dòng)口, 分別驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的左、右 半 屏 。 當(dāng) 設(shè) 置 了 頁(yè) 地 址 和 列 地 址 后 就 確 定 了 顯 示RAM 中的單元, 該單元由低到高的各個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)于顯示屏上某一列的 8 行數(shù)據(jù)位, 即每一頁(yè)中屏幕上的每一列對(duì)應(yīng)一個(gè)顯示 RAM 的 1 字 節(jié)內(nèi)容 。對(duì)顯 示RAM 的一個(gè)字節(jié)單元賦值就是對(duì)當(dāng)前列的 8 行像素點(diǎn)( 一頁(yè)) 是否顯示進(jìn)行控制。

3 .2 液晶模塊與單片機(jī)的接口方式

SED1520 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器可以直接與 89C52 單片機(jī)相連, 不必使用其他的接口芯片, 因此選擇存儲(chǔ)器映像方式的接口, 將液晶模塊當(dāng)作存儲(chǔ)器的一部分, 直接使用存儲(chǔ)器讀寫進(jìn)行 I /O 操作。在單片機(jī)的控制下,按照要求的格式顯示頻率和幅值。由于 LCD 沒有獨(dú)立的片選信號(hào), 所以使用單片機(jī)的讀寫信號(hào)進(jìn)行選通。單片機(jī)的讀寫信號(hào)RD 、 WR 通過 74LS00、 74LS04 轉(zhuǎn)換后作為對(duì) LCD 的片選信號(hào), 分別接 LCM 的兩個(gè)控制器芯片SED1520 的使能端 E1、 E2, 高電平允許使用, 低電平禁用。液晶模塊的數(shù)據(jù)總線 DB0~DB7 與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線 D0 ~D7 ( P0 口) 直接相連, 液晶模塊的控制引腳, 即LCD 的數(shù)據(jù)/指令選擇端 A0 與 138 譯碼器的地址線Y3相連, 高電平選擇數(shù)據(jù)通道, 低電平選擇指令通道。LCD的讀/寫控制端 R/W 接Y4 , 高電平讀, 低電平寫。V0 為LCD 提供對(duì)比度調(diào)節(jié)負(fù)電壓, 這樣對(duì)液晶模塊的各種指令操作, 實(shí)際上就是與相應(yīng)的控制地址交換數(shù)據(jù)。要在液 晶 模 塊 上 顯 示 一 個(gè) 字 符 或 漢 字 , 應(yīng) 分 別 向 兩 個(gè)SED1520 控制器寫指令代碼、 寫顯示數(shù)據(jù)、 讀顯示數(shù)據(jù)。訪 問 SED1520 前 , 首 先 讀 取 控 制 器 當(dāng) 前 的 狀 態(tài) , 當(dāng)SED1520 處于忙的狀態(tài)時(shí), 除了讀狀態(tài)字指令外, 其他指令均不起作用。

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