高精度正弦全自動激勵信號源的設(shè)計與實現(xiàn)

1、高精度正弦全自動鼓勵信號源的設(shè)計與實現(xiàn)1.引言在許多工程測量中，都需要某種固定頻率的正弦信號作為鼓勵源，如利用模擬傳感器的輸出情況對所研制的監(jiān)測系統(tǒng)、檢測單元進展功能的驗證：或者進展采集量程的標(biāo)定工作等。在這些情況下，直接采用一個性能優(yōu)越的信號發(fā)生器固然可以滿足工作要求，但是這又帶來了新的問題，一方面信號發(fā)生器是外配儀器，增加了系統(tǒng)的本錢，另一方面也不便于自動化測量。利用D/A轉(zhuǎn)換器加高階濾波器的方式也可實現(xiàn)以上功能要求，但是在inds操作平臺下，對軟件技術(shù)提出了更高的要求。本文在科研工程的研究工作中恰好遇到了這樣一個問題，在信號的檢測與標(biāo)定工作中需要一個120Hz、峰值從0.01V到10V可

2、調(diào)的、失真小于1%的高精度正弦鼓勵信號。本文采用常規(guī)的電路實現(xiàn)了這個功能。2.原理與實現(xiàn)過程簡述本科研工程是基于P-104總線的某型飛機發(fā)動機參數(shù)的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要一個用于飛機振動校準(zhǔn)的鼓勵信號給定單元。經(jīng)仔細分析技術(shù)指標(biāo)的要求，該單元需要一個幅值從0.01伏到10伏可調(diào)，且給定幅值穩(wěn)定、波形失真孝頻率為120Hz的交流信號源，幅值給定以0.01伏為一個間隔。假如我們利用磚碼稱重的原理，能很快地完成這一功能。顯然，信號鼓勵中只需要小數(shù)點后兩位，即正弦信號峰值變化范圍從10V到10V，它有一位整數(shù)位、兩位小數(shù)位。假如我們集中實現(xiàn)一個120Hz的高精度正弦波振蕩器，然后從中取5伏、4伏、2伏、

3、和l伏的“磚碼信號，可以通過電子開關(guān)組合，再用加法器形成l伏到10伏之間的任意一個峰值，類似地用0.5伏、0.4伏、0.2伏和0.1伏的“磚碼信號可以形成0.1伏到0.9伏的正弦信號，用0.05伏、0.04伏、0.02伏和0.01伏的“砝碼信號可以形成0.01伏到0.09伏的正弦信號，這三組“砝碼信號組合在一起那么可以給出峰值從0.01伏到10伏、幅值變化臺階為0.01伏的任一峰值的正弦鼓勵信號，完全可以滿足工程的需要。根據(jù)上述分析，我們設(shè)計出如圖1所示的硬件框圖。在圖1中，正弦波信號源選用AX038芯片，其輸出正弦波頻率可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，該芯片內(nèi)部的構(gòu)造設(shè)計可以保證向外提供失真度小于1

4、%的正弦信號；為了進步信號的比例精度，所有的分壓電阻全部定制，阻值精度可達千分之一；運放選用低漂移運放L124；電子開關(guān)選用高性能的AX4536的4路單刀單擲開關(guān)；另外，考慮到電子開關(guān)導(dǎo)通后有幾十歐姆的壓降，為了減小其影響，在加法器中反應(yīng)電阻與累加電阻均選擇為幾十千歐左右，進一步削弱電子開關(guān)導(dǎo)通電阻在比例加法器中的影響。由于以上措施的作用，可以大幅度進步電路在實際使用中的性能。在圖1所示電路中，電子開關(guān)為譯碼后控制，一位控制碼控制一路開關(guān)，因此電子開關(guān)的控制共需要12個數(shù)字量輸出接口，這在筆者所采用的嵌入式系統(tǒng)中是不允許的，因為沒有這么多的資源，為了進一步滿足系統(tǒng)的要求，采用單并轉(zhuǎn)換技術(shù)，用三

5、片4位移位存放器T1194串聯(lián)組成一個12位的移位存放器，框圖如圖2所示。圖1中，12個電子開關(guān)共有4096種組合，其每種組合對應(yīng)著一個特定大小的正弦交流信號，這些電子開關(guān)的控制，雖然需要12個I/口，但只要借助于圖2的串入并出移位存放器，我們通過數(shù)據(jù)口DATA1和時鐘口LK兩個輸出口可以把4096種組合的任意一種送到Q1到Q12上，從而用兩個I/口實現(xiàn)了12路電子開關(guān)的控制。而在筆者所用的P-104的I/卡中，其外擴I/口是用8255實現(xiàn)的，由于8255的口具有位控功能位置位或位清零，那么從口中任取兩位作為移位存放器的數(shù)據(jù)端口和時鐘端口，在12個脈沖上升沿作用下，可以將任意一個12位二進制數(shù)

6、送到Q1到Q12口，從而完成對電子開關(guān)的期望控制，在圖l中Vut處得到所希望幅值大小的定頻正弦波。進制數(shù)對應(yīng)于鼓勵實際需要的數(shù)值123456789511411111211111111111輸出編碼0 x000 x010 x020 x030 x040 x050 x060 x070 x0B0 x0轉(zhuǎn)換后輸出給電子開關(guān)，對輸出進展控制3.實現(xiàn)過程為了獲得鼓勵信號所需要的幅值，本單元使用P.104的I/模塊的口的位控功能對電子開關(guān)進展控制。首先在控制面板上給出鼓勵信號所需的幅值，然后將此值利用5421碼序列進展編碼，所謂5421碼是指碼制相應(yīng)位的權(quán)值分別為5、4、2、1，即相應(yīng)位為1時所代表的十進制值分別是5、4、2、1。詳細的編碼規(guī)那么如表1所示。對鼓勵所需幅值編碼后，將所得二進制編碼按由低到高的順序輸入移位存放器，該編碼由存放器并行輸出給電子開關(guān)的控制端，控制開關(guān)的開閉，從而控制加法器的輸出結(jié)果，獲得所需幅值的正弦鼓勵信號?？刂七^程的流程圖如圖3所示，為了更詳細地介紹此流程的實現(xiàn)過程，下面舉例進展說明。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4.例子5.完畢語本單元利用常規(guī)電路實現(xiàn)了固定頻率的正弦信號的給定功能。它能得到從10V到10V之間任意幅值的正弦信號，對所需鼓勵信號的頻率及幅