一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器的制作方法

本发明涉及通信技术信号测量领域，尤其涉及一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器。

背景技术：

函数发生器也叫波形发生器，其最早用于测量，随着通信技术的发展，出现了用于测量的标准信号发生器，使其发展成为一种能够定量分析的测量仪器。微处理器的出现，模拟电子技术和数字技术的日益成熟，信号发生器也从最初的由分立式或模拟集成电路的构成方式向由数字电路构成转变，信号发生器也基本不再采用机械驱动而采用数字电路，使信号发生器也能够产生可变频率的信号，其所产生的波形，信号发生器也由只能产生简单波形(正弦波、方波、锯齿波、三角波等)到能够产生任意波形发展。信号发生器的设计方法随着科技发展也发生很大变化。信号发生器技术发展至今，出现了很多高性能的多功能信号发生器。信号发生器在生产实践和科技领域有着广泛应用，是测量和实验中重要的工具。但现有的函数发生器结构相对较为复杂，成本较高，开发成本较大，在低要求场合也会造成成本浪费的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明的目的采用如下技术方案实现：一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器，包括：单片机系统电路和频率电压转换电路；所述单片机系统电路用于输出频率脉冲信号；所述频率电压转换电路与所述单片机系统电路连接，根据所述频率脉冲信号输出对应的电压信号。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括电容乘法器滤波电路，所述电容乘法器滤波电路连接所述频率电压转换电路。用于消除频率电压转换电路产生的锯齿纹波。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括矩阵键盘电路，所述矩阵键盘电路与所述单片机系统电路连接；用于选择电压波形通道以及调节电压波形参数，调节范围和精度高。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括液晶显示屏，所述液晶显示屏连接所述单片机系统电路；用于显示电压波形输出通道，输出电压波形的类型和波形参数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述单片机系统电路包括单片机芯片、电源电路、复位电路和时钟电路，所述单片机芯片分别连接所述电源电路、所述复位电路和所述时钟电路。为单片机芯片提供电源、基础时钟晶振。

作为上述技术方案的进一步改进，所述频率电压转换电路包括频率电压转换芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一二极管和第二二极管.

频率电压转换芯片的第一引脚连接电源端、第一电阻的上端和第三电阻的上端；频率电压转换芯片的第二引脚分别连接第二电阻的上端、第一电容的上端、第一电阻的下端和第一二极管的上端；频率电压转换芯片的第三引脚分别连接第二电阻的下端、第四电阻的右端；频率电压转换芯片的第四引脚分别连接第七电阻的上端、第二二极管的上端和第二电容的右端；频率电压转换芯片的第五引脚连接第九电阻的上端；频率电压转换芯片的第六引脚分别连接频率电压转换芯片的第七引脚和接地端；频率电压转换芯片的第八引脚连接接地端；频率电压转换芯片的第九引脚分别连接第十电阻的下端和第五电容的下端；频率电压转换芯片的第十引脚分别连接第四电容的下端、第十电阻的上端和第五电容的上端；频率电压转换芯片的第十一引脚连接第四电容的上端。

第三电阻的下端连接接地端，第三电阻的滑片端连接第四电阻的左端；第一二极管的下端和第一电容的下端分别连接接地端；第二电容的左端连接第五电阻的右端，第五电阻的左端连接频率输入信号端；第二二极管的下端分别连接第三电容的上端、第七电阻的下端、第八电阻的上端和第六电阻的下端，第六电阻的上端连接电源端；第三电容的下端分别连接第八电阻的下端、第九电阻的下端和接地端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电容乘法器滤波电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第六电容、第七电容和放大器；所述第十一电阻的左端连接所述频率电压转换电路，所述第十一电阻的右端分别连接电压输出端、所述第六电容的上端和所述第七电容的上端；所述第六电容的下端分别连接所述第十三电阻的上端、所述第十二电阻的左端和所述放大器的反相输入端；所述第十二电阻的右端分别连接所述第七电容的下端和所述放大器的输出端；所述第十三电阻的下端分别连接所述放大器的同相输入端和接地端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述频率电压转换芯片型号为tc9400,转换效率高。

作为上述技术方案的进一步改进，所述液晶显示屏型号为lcd9648,性能好。

本发明的有益效果是：本发明通过所述单片机系统电路用于输出频率脉冲信号；所述频率电压转换电路与所述单片机系统电路连接，根据所述频率脉冲信号输出对应的电压信号，单片机系统电路仅输出脉冲，输出方式单一，因此能够得到稳定的输出；结构简单，成本低，同时输出的信号稳定。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明提供的一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器的电路模块结构示意图；

图2是本发明提供的一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器的频率电压转换电路图；

图3是本发明提供的一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器的频率电压转换电路的电容乘法器滤波电路图；

图4是本发明提供的一种基于单片机和频率电压转换芯片的单片机系统电路及外围电路图；

图5是本发明提供的一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器输出锯齿波时单片机引脚输出脉冲方式图；

图2、图3和图4中的坐标箭头分别表示上、下、左和右。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

实施例1，参照图1，一种基于单片机和频率电压转换芯片的函数发生器，包括：频率电压转换电路、电容乘法器滤波电路、矩阵键盘电路、单片机系统电路和液晶显示屏；单片机系统电路分别连接并控制频率电压转换电路、矩阵键盘电路和液晶显示屏，电容乘法器滤波电路连接频率电压转换电路。

矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。矩阵键盘电路用于选择电压波形通道以及调节电压波形参数。

单片机系统电路用于输出不同频率脉冲信号，检测矩阵键盘电路的电压波形通道和波形参数，控制电压波形输出的大小和频率。

液晶显示屏连接单片机系统电路，用于显示电压波形输出通道，输出电压波形的类型和波形参数。

请参照图4，单片机系统电路包括单片机芯片u2、电源电路、复位电路和时钟电路，单片机芯片u2分别连接电源电路、复位电路和时钟电路。时钟电路由两个电容和一个晶体振荡器组成，用于为单片机芯片u2提供基础时钟晶振。单片机芯片u2外围电路包括了电源电路、时钟晶振引脚、复位引脚、键盘扫描引脚、lcd9648显示屏引脚、串口引脚以及三个脉冲波形输出引脚。单片机芯片u2采用stm系列。

具体地，请参照图4，单片机系统电路以及外围电路包括：单片机芯片u2、液晶显示屏芯片u3、usb接口u4、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10、晶体振荡器y1、第一开关sw1、第二开关sw2、第三开关sw3、第四开关sw4、第五开关sw5、第六开关sw6和第七开关sw7；单片机芯片u2的第一引脚分别连接第八电容c8的上端和晶体振荡器y1的上端；单片机芯片u2的第二引脚分别连接晶体振荡器y1的下端和第九电容c9的下端；第八电容c8的下端分别连接第九电容c9的上端和接地端；单片机芯片u2的第三引脚分别连接第十电容c10的下端、第七开关sw7的下端和第十四电阻r14的左端；第十电容c10的上端连接第七开关sw7的上端；第十四电阻r14的右端连接接地端；单片机芯片u2的第四引脚gnd连接usb接口u4的第四引脚；单片机芯片u2的第五引脚d+连接usb接口u4的第三引脚；单片机芯片u2的第六引脚d-连接usb接口u4的第二引脚；单片机芯片u2的第七引脚vcc连接usb接口u4的第一引脚。

单片机芯片u2的第八引脚reset连接液晶显示屏芯片u3的第八引脚；单片机芯片u2的第九引脚cs连接液晶显示屏芯片u3的第七引脚；单片机芯片u2的第十引脚rs连接液晶显示屏芯片u3的第六引脚；单片机芯片u2的第十一引脚sda连接液晶显示屏芯片u3的第五引脚；单片机芯片u2的第十二引脚scl连接液晶显示屏芯片u3的第四引脚；单片机芯片u2的第十三引脚nc连接液晶显示屏芯片u3的第三引脚；单片机芯片u2的第十四引脚vcc连接液晶显示屏芯片u3的第二引脚；单片机芯片u2的第十五引脚gnd连接液晶显示屏芯片u3的第一引脚；单片机芯片u2的第十六引脚分别连接第四开关sw4的右端、第五开关sw5的右端和第六开关sw6的右端；单片机芯片u2的第十七引脚分别连接第一开关sw1的右端、第二开关sw2的右端和第三开关sw3的右端；单片机芯片u2的第十八引脚分别连接第一开关sw1的左端和第四开关sw4的左端；单片机芯片u2的第十九引脚分别连接第二开关sw2的左端和第五开关sw5的左端；单片机芯片u2的第二十引脚分别连接第三开关sw3的左端和第六开关sw6的左端。

频率电压转换电路用于将单片机系统电路输出的频率脉冲信号转为电压信号。电容乘法器滤波电路用于消除频率电压转换电路产生的锯齿纹波。

请参照图5，函数发生器输出锯齿波时单片机芯片u2引脚输出的脉冲方式。函数发生器是将一定频率的脉冲转换为对应的电压输出，当输出为锯齿波时，电压随时间呈线性增加的特性，因此脉冲的频率也随时间增加，具体表现为：在锯齿波的某一完整周期内，脉冲的占空比在随时间线性减小。

优选地，频率电压转换电路采用三片频率电压转换芯片u1提供波形的三路输出。优选地，频率电压转换芯片u1型号为tc9400。

请参照图2和图3，频率电压转换电路和电容乘法器滤波电路包括：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第一二极管d1、第二二极管d2和放大器。

频率电压转换芯片u1的第一引脚vdd连接电源端、第一电阻r1的上端和第三电阻r3的上端；频率电压转换芯片u1的第二引脚gnd分别连接第二电阻r2的上端、第一电容c1的上端、第一电阻r1的下端和第一二极管d1的上端；频率电压转换芯片u1的第三引脚zeroadjust分别连接第二电阻r2的下端、第四电阻r4的右端；频率电压转换芯片u1的第四引脚det分别连接第七电阻r7的上端、第二二极管d2的上端和第二电容c2的右端；频率电压转换芯片u1的第五引脚ibias连接第九电阻r9的上端；频率电压转换芯片u1的第六引脚vref分别连接频率电压转换芯片u1的第七引脚vss和接地端；频率电压转换芯片u1的第八引脚gnd分别连接第十三电阻r13的下端、放大器的同相输入端和接地端；频率电压转换芯片u1的第九引脚out分别连接第十电阻r10的下端、第五电容c5的下端和第十一电阻r11的左端；频率电压转换芯片u1的第十引脚inn分别连接第四电容c4的下端、第十电阻r10的上端和第五电容c5的上端；频率电压转换芯片u1的第十一引脚vrefout连接第四电容c4的上端。

第三电阻r3的下端连接接地端，第三电阻r3的滑片端连接第四电阻r4的左端；第一二极管d1的下端和第一电容c1的下端分别连接接地端；第二电容c2的左端连接第五电阻r5的右端，第五电阻r5的左端连接频率输入信号端；第二二极管d2的下端分别连接第三电容c3的上端、第七电阻r7的下端、第八电阻r8的上端和第六电阻r6的下端，第六电阻r6的上端连接电源端；第三电容c3的下端分别连接第八电阻r8的下端、第九电阻r9的下端和接地端；第六电容c6的上端分别连接第七电容c7的上端和电压信号输出端；第六电容c6的下端分别连接第十三电阻r13的上端、放大器的反相输入端和第十二电阻r12的左端；第十二电阻r12的右端分别连接第七电容c7的下端和放大器的输出端。

通过单片机系统电路、矩阵键盘电路、频率电压转换电路和液晶显示屏实现不同波形的输出，输出方式单一，因此能够得到稳定的输出；直接调解的参数为脉冲频率，具有更高的调节范围和调节精度。

具体地，将信号函数写入编程程序中，通过usb串口烧录至单片机芯片u2内，在程序中打开单片机芯片u2串口通信的中断功能用于调试程序；由于单片机系统的脉冲通过外电路转换为电压信号，因此在程序中，对脉冲输出定义时通过矩阵键盘预设两位参数用于确定脉冲变化的快慢以及脉冲频率大小，这样可以将脉冲大小和变化速率在输出时转化为电压的大小和频率；程序还包含了按键检测驱动程序和显示器驱动程序，通过对矩阵按键所连引脚电平检测选择不同通道输出不同频率和幅值的波形，通过显示器驱动程序驱动液晶显示屏。

矩阵键盘调整电压波形输出通道和波形参数，波形的输出通道选择满足同时输出，或单一通道输出的需求；由于整个单片机系统是将脉冲转换成对应的电压值输出，波形参数的调节实质是调整单片机系统脉冲频率大小和频率变化速率，单片机系统输出的脉冲作用于频率电压转换芯片u1，频率电压转换芯片u1将不同频率的脉冲转换成该频率参数下对应的线性电压值，脉冲频率的变化率决定了输出电压的频率。

液晶显示屏显示波形输出通道，频率和幅值参数，该参数能够通过矩阵键盘进行修改；经过频率电压转换芯片u1输出的电压信号通过电容乘法器滤波电路消除滤波，最后输出电压信号。输出稳定，调节范围和调节精度高。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。