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【转贴】高精度正弦全自动激励信号源的设计与

发布时间:2017-12-02 阅读:

  高精度正弦全自动励磁信号源的设计与实现

  1.引言在许多工程勘察中,需要一个固定频率的正弦信号作为激励源。例如,模拟传感器的输出可以用来验证监控系统和被测单元的功能。或者,可以执行采集范围的校准等待。在这种情况下,直接使用信号发生器的优越性能当然可以满足工作的要求,但是这带来了新的问题,一方面信号发生器配备了仪器,增加了系统的成本,另一方面不容易自动化测量。采用D / A转换器加上高阶滤波器也可以达到上述功能要求,但在windows操作平台上,软件技术提出了更高的要求。在这个研究项目中,我们遇到了这样的问题。在信号检测和校准工作中,我们需要一个120Hz的正弦波激励信号,峰值可调从0.01V到10V,失真小于1%。本文使用常规电路来实现此功能。 2.原理与实现流程概述本研究项目是基于PC-104总线发动机参数的某型飞机检测系统,该系统需要一架​​飞机振动校准激励信号给定单元。经过技术指标的仔细分析,该单元要求幅值和频率为0.01 V〜10 V可调,且给定幅值稳定,波形失真小,频率为120 Hz的交流信号源,给定0.01 V一个区间。如果我们使用砖码称重的原理,可以快速完成这个功能。显然,信号激励只需要小数点后两位。也就是说,正弦信号的峰值从10mV变化到10V。它有一个整数和两位小数。如果我们专注于一个120Hz的高精度正弦波振荡器,然后拾取5,4,2和1伏的“砖码”信号,我们可以将电子开关10伏,一个0.1伏到0.9伏的正弦信号电压可以类似地用0.5伏,0.4伏,0.2伏和0.1伏的“砖码”信号与0.05伏,0.04伏,0.02伏以及0.01伏的“重量”信号形成0.01伏特到0.01伏特的正弦信号0.09伏特。这三个“重量”信号的组合给出了0.01V至10V的峰值和0.01V幅度的正弦激励信号的任意峰值,完全满足了该项目的需要。基于以上分析,我们设计了一个硬件框图如图1所示。在图1中,正弦波信号源选择MAX038芯片,其输出正弦波频率可以在广泛的范围内调整芯片的内部结构设计保证提供小于1%的正弦信号的失真;为了提高所有分压电阻的精度信号都是定制的,电阻精度高达千分之一;运放使用低漂移运算放大器LM124;电子开关采用高性能MAX4536单刀单刀单掷开关;另外,考虑到为了减小其影响,加法器的反馈电阻和累积电阻都选择为几十千欧姆,进一步减弱了电子开关在比例加法器中的导通电阻的影响。由于采取了上述措施,可以大大提高电路在实际使用中的性能。在图1所示的电路中,电子开关为解码控制,一路控制码一路控制开关,所以电子开关控制共需要12路数字输出接口,这是我在嵌入式系统中使用的不允许的,因为没有那么多的资源,为了进一步满足系统要求,采用单片和转换技术,用四位4位移位寄存器CT1194串联,组成一个12位的移位寄存器,其框图如图如图2所示。图1共有4096种电子开关12种组合,其中每一种都对应特定尺寸的正弦交流信号控制这些电子开关,虽然需要12个I / O口,但只能通过手段图2字符串进出移位寄存器,我们可以通过两个输出DATA1和CLK将Q1,Q2,Q4组合中的任何一个发送到Q1到Q12,从而实现具有两个I / O端口的12路电子开关控制。我用在PC-104的I / O卡上,它的扩展I / O口是用8255实现的,具有位控功能的8255C位,或者从C口实现,任意两位用作移位寄存器的数据口和时钟端口。在12个上升沿的作用下,12位二进制数中的任何一个可以发送到Q1至Q12,以完成对电子开关的期望的控制。在图1中,Vout处于固定频率的正弦波所需的幅度。十进制数对应于激励所需的实际值0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 4 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 2 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0输出码0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x0B 0x0C转换后输出到电子开关控制输出3.执行过程为了获得所需的励磁信号幅度,该单元使用PC.104 I / O模块C端口的位控功能来控制电子开关。首先在控制板给定的振幅所需的激励信号,然后用这个值对5421码序列进行编码,所谓5421码就是码系对应的比特权重分别为5,4,2,1,也就是说,对应的位为1时,十进制值分别为5,4,2和1。具体的编码规则如表1所示。在放大所需的激励幅度后,得到的二进制码按从低到高的顺序输入到移位寄存器,并由电子开关的控制端并行输出一个寄存器,用于控制开关的断开和闭合,从而控制加法器的输出。结果,获得所需大小的正弦激励信号。控制过程的流程图在图5中示出。 3.为了更详细地介绍此流程的实施过程,以下示例用于说明。 4.举例例如,需要f(t)=3.95sin240πtV的正弦激励信号,根据软件框图获得激励信号的方法如下。在开始编程之前,第一个端口分配,I / O模块C地址地址,RD控制端口设置C2,DATA控制端口设置C3,CLK控制端口设置C4。程序必须首先复位移位寄存器,即C端口的C2位操作如下:Ootp(Address,0x04); / /使C2口输出0延时(0.01);输出(地址,0x05); / / C2端口输出1延时(0.01);输入幅度:3.956,即a = 3.956:则b = 100 * 3.956 = 395.6,四舍五入至396; 396除以10得到6,所以C1 = 6:396除以10得到39,39除以10得到9,所以C2 = 9; 396除100得3,所以C3 = 3。C1,C2和C3按照5421码序列编码。编码规则如表1所示。根据表1中的规则进行转换后,C1“= 0000 0110 = 0x06 C2”= 0000 1100 = 0x0C C3“= 0000 0011 = 0x03 C1的值分配给d1即1 = 0000 0110); C2“左移4位变成0000 1100 0000并赋值给d2(即d2 = 0000 1100 0000)在0011 0000 0000中,给定d3(即,上面得到的12位二进制数被顺序赋值给数组然后将阵列数据分12次作为控制信号输入到寄存器,以获得相应的控制权重,用来控制输出正弦激励信号的大小,C3是DATA的控制端口,C4是控制端口CLK,具体实现过程如下:当输出数据位[I] = 1时:输出(地址,0x08)/脉冲信号为低电平延迟(0.01);输出(地址,0x07); //设置位(0.01); Outp(Address,0x09); //脉冲信号为高电平Delay(0.01); Outp(Address,0x06); // Bit设为0 Delay(0.01)); Outp地址,0x09); //脉冲信号高5.结论本机采用常规电路实现固定频率的正弦信号给定函数,可得到10 mV至10V的正弦信号,所需激励信号的频率和幅度要求,精度可达1%,正弦信号失真不大于1%。检测单元基于PC.104公交飞机发动机参数检测系统为飞机振动校准提供激励信号,完全可以满足本文所述的各种参数调试后的要求。

关键词: 社会科学