CN101917178A - 速度传感器输出信号模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速度传感器输出信号模拟装置及方法，属于电子技术领域。针对现有技术的不足，为扩大速度传感器输出信号模拟器的应用范围，本发明技术方案首先以一个主处理器模块和外部通信接口模块接收规定当前速度传感器应输出的信号特性的外部控制命令，然后利用一个波形发生模块实时生成当前输出信号的幅度，经一个数模转换模块得到该输出信号幅度的模拟量值，接着经一个程控滤波模块对信号波形进行平滑滤波，最后利用一个功率放大模块，对当前速度传感器应输出信号进行幅度放大。本发明技术方案实现对各种速度传感器输出信号的模拟和仿真，具有频率转换速度快、输出频率稳定度高、易实现、易复制、成本低等特点，具有较高的性能价格比。

Description

速度传感器输出信号模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种速度传感器输出信号模拟装置及方法。

背景技术

速度传感器是一种将速度信息的变化转变为电量变化的器件，广泛应用于汽车控制、机器人等控制系统中。特别是在轨道交通领域中，列车运行控制系统功能的正确执行很大程度上依赖对列车速度信息的正确采集和处理，因此，速度传感器已成为列车运行控制系统的重要组成部分。速度传感器输出信号模拟器是一种可灵活对速度传感器输出信号进行模拟的装置，可以为将速度信息作为输入信息的设备提供速度信息源。以轨道交通领域为例，为了方便在实验室对复杂的列车运行控制系统进行调试、测试和验证等工作，需要向列车运行控制系统提供速度脉冲信号，以触发系统功能的运行。速度传感器输出信号模拟器的作用就是提供速度信号源，用于向列车运行控制系统提供速度模拟信号输入。

用于轨道交通领域的速度传感器有多种型号，输出信号的电气特性也有所不同。一般来说，速度传感器可输出二到四个通道频率可变的信号(波形主要有：方波、正弦波)，每通道信号之间的相位差恒定保持在90°或120°的整数倍。不同型号的速度传感器输出的信号峰峰值不同，一般在30V以内。部分速度传感器的输出信号幅度还会随频率不同而不同变化。因此，速度传感器输出信号模拟器应能模拟上述不同类型的输出信号，从而实现对不同型号速度传感器的模拟。另外，速度传感器输出信号模拟器还应能与计算机进行通信，按照计算机输出的信号控制输出信号特性，实现程序化控制。满足上述要求的速度脉冲信号，可实现对绝大多数用于轨道交通领域的速度传感器的模拟。

其它一些方法也可以实现对速度脉冲信号的模拟，但均存在一些难以解决的问题。例如，可以考虑用伺服电机加控制器的方式直接驱动速度传感器转动，从而直接从速度传感器输出端输出脉冲信号。这种方法的主要问题是对机械加工要求高，如果伺服电机和速度传感器之间的同轴度稍有偏差，会导致输出信号代表的速度和控制信号期望的速度之间的误差较大，难以精确控制输出信号所对应的速度值。即使采用补偿的办法可减少误差，但随着长期高速运行，机械装置出现磨损后，误差会进一步增大并难以控制。另外，采用实物装置进行模拟，还有成本高、难以复制、噪声大、维护困难、高速下性能不稳定等问题，不适宜用作速度脉冲信号模拟器。

采用商用的信号发生器也是可供选择的方式之一，但商用信号发生器多面向通用的信号产生的需求，虽然功能强大，但却无法满足速度脉冲信号模拟这一特殊需求，即使可以满足价格也非常昂贵。例如，程序可控的信号发生器多数无法产生相位差恒定的多通道信号，或者至多能输出两通道相位差恒定的信号。某些品牌信号发生器可产生三通道相位差恒定的信号，但价格约为十几万元。产生四通道信号以上的设备不仅需要定制，而且价格更高。另外，商用信号发生器的输出信号幅度也大多只有10伏，难以支持对速度脉冲信号幅度特性的模拟。因此，商用信号发生器存在难以满足速度传感器输出信号特定需求的问题，而且成本高，不适宜用作速度脉冲信号模拟器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题其一是扩大速度传感器输出信号模拟器的应用范围，使之适用于轨道交通领域的绝大多数型号的速度传感器；其二是扩展模拟器的波形选择范围以及输出信号的频率范围，提高频率转换速度和稳定性，降低工艺成本。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种速度传感器输出信号模拟装置，包括：

主处理器模块以及外部通信接口模块，所述主处理器模块用于通过所述外部通信接口模块同外部计算机进行通信，根据外部控制命令的规定生成当前应输出信号的波形特征参数并输出；所述波形特征参数包括输出信号幅度特性、相位特性、通道数以及幅频特性中的一项或多项；

输出信号生成模块，用于根据所述波形特征参数，生成外部控制命令的规定所要求的输出信号；

功率放大模块，用于将所述输出信号进行功率放大，使所述输出信号成为满足速度传感器性能指标要求的信号。

优选地，所述波形特征参数包括频率控制字；

所述输出信号生成模块包括波形发生模块，所述波形发生模块用于根据所述频率控制字得到输出信号的分频数，并根据所述分频数对标准时钟信号分频得到当前应输出的信号波形；

所述波形发生模块通过并行传输接口与所述功率放大模块相连接。

优选地，所述波形特征参数包括幅度控制字、频率控制字以及相位控制字；所述输出信号生成模块包括波形发生模块以及数模转换模块；

所述波形发生模块内部设置有由外部控制指令指定的波形相位-幅度数据表，内含指定波形各个相位点的输出电平；所述波形发生模块用于根据所述幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及指定波形相位-幅度数据表得到各通道应输出的信号幅度值；

所述数模转换模块用于将所述各通道应输出的信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号，并发送给所述功率放大模块。

优选地，所述波形特征参数包括幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及滤波控制字；所述输出信号生成模块包括波形发生模块、数模转换模块以及程控滤波模块；

所述波形发生模块内部设置有多个输出波形的相位-幅度数据表，内含输出波形各个相位点的输出电平；所述波形发生模块用于根据所述幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及输出波形相位-幅度数据表得到各通道应输出的信号幅度值；

所述数模转换模块用于将所述各通道应输出的信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号，并发送至所述程控滤波模块；

所述程控滤波模块用于根据所述滤波控制字确定滤波器当前的中心频率及品质因数，对当前输出信号进行平滑滤波，并将滤波后的输出信号发送至所述功率放大模块。

此外，本发明还提供一种速度传感器输出信号模拟方法，包括如下步骤：

步骤1：通过外部通信接口模块与外部计算机通信，接收外部控制命令并生成当前应输出信号的波形特征参数；所述波形特征参数包括输出信号幅度特性、相位特性、通道数以及幅频特性中的一项或多项；

步骤2：根据所述波形特征参数生成外部控制命令规定的各通道应输出的信号幅度值，进而生成输出信号；

步骤3：对所述输出信号进行功率放大，使所述输出信号成为满足速度传感器性能指标要求的信号。

优选地，所述步骤2中，根据所述波形特征参数中的频率控制字得到输出信号的分频数，并根据所述分频数对标准时钟信号分频得到当前应输出的信号波形。

优选地，所述步骤2中，根据所述波形特征参数内的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及外部控制指令所指定的波形相位-幅度数据表，生成各通道应输出的信号幅度值。

优选地，所述步骤2中，根据所述波形特征参数内的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及内部存储的多个输出波形相位-幅度数据表，生成各通道应输出的信号幅度值。

优选地，在所述步骤2和步骤3之间，还包括步骤：

采用时分复用的方式将各通道输出信号幅度值输出，将所述各通道信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号；

优选地，在所述步骤2和步骤3之间，还包括步骤：

步骤a：采用时分复用的方式将各通道输出信号幅度值输出，将所述各通道信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号；

步骤b：根据所述波形特征参数中的滤波控制字确定滤波器当前的中心频率及品质因数，对当前输出信号进行平滑滤波，并输出滤波后的输出信号。

(三)有益效果

本发明技术方案相对于现有的速度传感器输出信号模拟方案，能够产生如下有益效果：

1)该技术方案包含多种模拟装置的设计方案，可以对应用于轨道交通领域的绝大多数型号的速度传感器的输出信号进行模拟；

2)因为该技术方案采用数字逻辑器件，控制精度高，稳定性好，进而使得该技术方案所模拟得到的信号满足输出速度脉冲电气特性；

3)该技术方案通过外部通信接口模块和计算机进行通信，根据计算机发送的指令控制输出信号的电气特性；根据计算机控制指令，该信号模拟器可选择输出波形，可实时选择输出信号的频率(0Hz到20KHz)，可选择每通道信号之间的相位差基数为90°(两通道或四通道输出)或120°(三通道输出)；可灵活模拟不同通道数的速度传感器输出信号特性，配置方便；

同时，根据需模拟的速度传感器特性，可灵活设计信号输出的幅度以及输出信号幅度和频率之间的变化关系；对于一些输出信号的幅频特性较特殊的速度传感器或测速电机也可以进行精确模拟；

4)该技术方案实现采用常用的单片机、FPGA、数模转换电路、放大电路以及滤波电路等，具有频率转换速度快、输出频率稳定度高、易实现、易复制以及低成本等特点。

附图说明

图1为本发明实施例1中速度传感器输出信号模拟装置的原理示意图；

图2为本发明实施例2中速度传感器输出信号模拟装置的原理示意图；

图3为本发明实施例3中速度传感器输出信号模拟装置的原理性示意图；

图4为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟器外部通信接口模块和主处理器模块的实施框图；

图5为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟装置的波形发生模块硬件组成的实施框图；

图6为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟装置的波形发生模块两通道正弦波信号发生逻辑的实施框图；

图7为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟装置的波形发生模块三通道方波信号发生逻辑的实施框图；

图8为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟装置的数模转换模块的实施框图；

图9为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟装置的程控滤波模块的实施框图；

图10为本发明实施例4中速度传感器输出信号模拟装置功率放大模块的实施框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

首先具体描述本发明技术方案所涉及的一种速度传感器输出信号模拟装置，包括：

主处理器模块以及外部通信接口模块，主处理器模块用于通过外部通信接口模块同外部计算机进行通信，根据外部控制命令的规定生成当前应输出信号的波形特征参数并输出；波形特征参数包括输出信号幅度特性、相位特性、通道数以及幅频特性中的一项或多项；

输出信号生成模块，用于根据所述波形特征参数，生成外部控制命令的规定所要求的输出信号；

功率放大模块，用于将输出信号进行功率放大，使输出信号成为满足速度传感器性能指标要求的信号。

其中，在输出波形为方波的情况下，波形特征参数包括输出信号的通道数及频率控制字，其中频率控制字包括各通道输出信号的输出频率值；输出信号生成模块包括波形发生模块；波形发生模块用于根据输出频率值得到输出信号的分频数，并根据分频数对标准时钟信号分频得到当前应输出的信号波形；波形发生模块通过并行传输接口与功率放大模块相连接。

其中，在输出波形为指定波形(比如三角波)的情况下，波形特征参数包括输出信号波形类型、幅度控制字、频率控制字以及相位控制字，其中频率控制字包括各通道输出信号频率值，幅度控制字包括输出信号的幅度峰峰值，相位控制字包括输出信号初始相位以及各通道输出信号的相位差；输出信号生成模块包括波形发生模块以及数模转换模块；波形发生模块内部设置有由外部控制指令指定的波形相位-幅度数据表，内含指定波形各个相位点的输出电平；波形发生模块用于根据波形特征参数所包含的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及定波形相位-幅度数据表得到各通道应输出的信号幅度值；数模转换模块用于将各通道应输出的信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号，并发送给功率放大模块。

其中，在输出波形为正弦波的情况下，波形特征参数包括输出信号波形类型、频率控制字、幅度控制字、相位控制字以及滤波控制字；其中频率控制字包括各通道输出信号频率值，幅度控制字包括输出信号的幅度峰峰值，相位控制字包括输出信号初始相位以及各通道输出信号的相位差；输出信号生成模块包括波形发生模块、数模转换模块以及程控滤波模块；波形发生模块内部设置有多个输出波形的相位-幅度数据表，内含输出波形各个相位点的输出电平；波形发生模块用于根据波形特征参数所包含的频率控制字、幅度控制字、相位控制字以及输出波形相位-幅度数据表得到各通道应输出的信号幅度值；数模转换模块用于将各通道应输出的信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号，并发送至程控滤波模块；程控滤波模块用于根据滤波控制字确定滤波器当前的中心频率及品质因数，对当前输出信号进行平滑滤波，并将滤波后的输出信号发送至功率放大模块。

下面，具体描述对本发明技术方案所涉及的一种速度传感器输出信号模拟方法，包括如下步骤：

步骤1：通过外部通信接口模块与外部计算机通信，接收外部控制命令并生成当前应输出信号的波形特征参数；所述波形特征参数包括输出信号幅度特性、相位特性、通道数以及幅频特性中的一项或多项；

步骤2：根据所述波形特征参数生成外部控制命令规定的各通道应输出的信号幅度值，进而生成输出信号；

步骤3：对输出信号进行功率放大，使输出信号成为满足速度传感器性能指标要求的信号。

其中，在输出信号波形为方波的情况下，步骤2中，根据波形特征参数中的频率控制字所包括的输出频率值得到输出信号的分频数，并根据分频数对标准时钟信号分频得到当前应输出的信号波形。

其中，在输出信号波形为指定波形(比如三角波)的情况下，步骤2中，根据波形特征参数内的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及其内部存储的外部控制指令指定的波形相位-幅度数据表，生成各通道应输出的信号幅度值；在步骤2和步骤3之间，还包括步骤：采用时分复用的方式将各通道输出信号幅度值输出，将各通道信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号。

其中，在输出信号波形为正弦波的情况下，步骤2中，波形发生模块根据波形特征参数内的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及其内部存储的多个输出波形相位-幅度数据表，生成各通道应输出的信号幅度值；在步骤2和步骤3之间，还包括步骤：步骤a：采用时分复用的方式将各通道输出信号幅度值输出，将各通道信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号；步骤b：根据波形特征参数中的滤波控制字确定滤波器当前的中心频率及品质因数，对当前输出信号进行平滑滤波，并输出滤波后的输出信号。

实施例1

本实施例具体描述利用本发明技术方案模拟输出波形为正弦波的速度传感器输出信号的情况。

如图1所示，给出了本实施例速度传感器输出信号模拟方法及装置的原理性示意图，速度传感器输出信号模拟器通过外部通信接口模块完成和外部设备信息交互的接口扩展，使系统具备接收外部控制命令的能力。主处理器模块通过外部通信接口模块和外部设备进行通信，接收外部控制命令，包括当前时刻应输出的信号波形类型、速度值、方向和通道数。主处理器模块根据当前应输出的速度值，计算当前时刻应输出信号的频率值；根据输出信号的频率幅度对应关系，计算当前时刻应输出信号的幅度峰峰值；根据应输出的通道数和当前速度的方向，计算通道之间相位差。主处理器模块把输出信号的信号波形类型、频率、幅度峰峰值、初始相位、相位差等信息传送给波形发生模块。波形发生模块内部存储了多个输出波形的相位-幅度数据表，并根据应输出信号的信号波形类型，选择采用指定的输出波形相位-幅度数据表；根据输出信号的频率、幅度峰峰值、相位等信息，读取输出波形相位-幅度数据表，得到一个通道信号当前时刻应输出的信号幅度值；根据多通道信号相位差信息，控制其它通道信号应读取的数据表位置，得到其它通道信号应输出的信号幅度值。波形发生模块采用数字量的方式表示各通道应输出的信号幅度值，并以时分复用的方式将各通道应输出的信号幅度值发送给数模转换模块。数模转换模块分别把不同通道的以数字量形式表示的输出信号幅度值转换为模拟量形式，然后发送给程控滤波模块。程控滤波模块实时根据主处理器模块发送的滤波控制字确定滤波器当前的中心频率和品质因数，并对当前输出信号进行平滑滤波，使输出信号波形为正弦波。经滤波后的输出信号发送到功率放大模块，对输出信号的幅度进行放大，使信号输出满足速度传感器输出信号的功率指标。经功率放大后的输出信号已为满足速度传感器性能指标要求的信号，经输出接口输出后即可供外部设备使用。

实施例2

下面具体描述利用本发明技术方案模拟输出波形为方波的速度传感器输出信号的情况。

如图2所示，给出了本实施例速度传感器输出信号模拟方法及装置的原理性示意图，本实施例与实施例1的技术方案的主要区别在于可省略数模转换模块和程控滤波模块。这是因为当输出波形为方波时，输出信号的幅度只有高电平或零电平两种取值，因此无需再采用数字量形式表示输出信号幅度，进而就无需包括数模转换模块和程控滤波模块。本实施例与实施例1在技术方案上的另一区别为波形发生模块和放大电路模块之间的传输方式。由于方波信号只需用一根信号线即可表示，因此，波形发生模块和放大电路模块之间的接口可采用并行传输模式，即同时用多根信号线来传输各通道的输出信号，而无需采用时分复用方式。另外，由于输出波形为方波，因此，波形发生模块内部无需再采用查表法得到当前输出信号幅度值，只需采用分频法即可。波形发生模块首先产生一个标准的时钟信号，并根据主处理器模块发来的输出频率值计算当前的分频数，对标准时钟信号进行分频，从而得到当前时刻应输出的信号波形。除上述区别之外，所述两个实施例技术方案从原理上并无本质区别。本实施例技术方案是针对不同待模拟的速度传感器的输出需求，对实施例1实现方案进行了适当简化和优化。

实施例3

下面具体描述利用本发明技术方案模拟输出波形为指定波形(比如三角波)的速度传感器输出信号的情况。

如图3所示，给出了本实施例速度传感器输出信号模拟方法及装置的原理性示意图，本实施例与实施例1技术方案的主要区别在于波形发生模块和程控滤波模块。当输出波形为其它指定波形(如：三角波)时，波形发生模块内部存储的输出波形相位-幅度数据表应换成指定波形对应的数据表，这样经查表后得到的当前输出信号幅度值就为指定波形形式。相应的，由于输出波形不再为正弦波，因此，应省略程控滤波模块，使输出波形不失真。除此之外，本实施例与实施例1技术方案从原理上并无本质区别。本实施例技术方案是针对不同待模拟的速度传感器的输出需求，对实施例1实现方案进行了优化。

实施例4

本实施例具体描述本发明技术方案所涉及的速度传感器输出信号模拟装置的实施原理。

如图4所示，为速度传感器输出信号模拟器外部通信接口模块和主处理器模块的实施框图。图中采用了高速微处理器77E58作为主处理器核心单元。选择77E58作为核心处理器是因为77E58内部自带32KB的程序存储器。在程序功能不复杂的应用场合，可省略外扩的程序存储器，降低系统复杂度和成本。另外，77E58具有两个串口，且成本低廉，这也是选择77E58的原因。主处理器模块扩展了一片62256作为32K静态存储器，用作主处理器的数据存储器。主处理器模块的74HC573用作地址锁存器，实现对77E58的P0口地址线和数据线分离的目的。另外，本图中的外部通信接口模块使用电平转换器件实现速度传感器输出信号模拟器和外部计算机通信的接口转换功能。普通计算机自带的串行通信接口符合RS232标准，采用RS232电平，即逻辑1在-5伏～-15伏之间，逻辑0在+5伏～+15伏之间。77E58的串行通信接口则采用TTL电平，逻辑1在5伏左右，逻辑0在0伏左右。速度传感器输出信号模拟器增加一个电平转换器件，实现TTL电平和RS232电平之间的转换，从而实现速度传感器输出信号模拟器和计算机之间的串行通信。电平转换器件可利用美国MAXIM公司的MAX232或MAX202等芯片实现，本实施例采用MAX202。主处理器模块从外部计算机接收外部控制命令，从而确定当前输出信号的通道数、幅度-频率对应关系；同时，根据接收到的外部控制命令得到当前时刻应输出的速度值和方向。主处理器模块根据当前输出信号的通道数、幅度-频率对应关系、当前速度值和速度方向进行运算，得到当前应输出的信号波形的幅度控制字、频率控制字和相位控制字，发送给波形发生模块。另外，主处理器模块还根据当前应输出的信号频率，运算得到滤波控制字，发送给程控滤波模块。

如图5所示，为速度传感器输出信号模拟器波形发生模块硬件组成的实施框图。图中采用了CYCLONE II的FPGA模块作为波形发生模块的核心处理部分。CYCLONE II器件含有丰富的存储器和嵌入式乘法器，并含有数字频率合成器单元，可以满足波形发生的要求。同时，CYCLONE II器件针对低成本设计，具有良好的性价比。在本实施框图中，FPGA模块内部存储输出波形相位-幅度数据表，并实时根据外部输入的频率、幅度峰峰值、相位等信息，读取输出波形相位-幅度数据表，得到一个通道信号当前时刻应输出的信号幅度值，以数字量的形式将该数值输出。FPGA器件可选择CYCLONE的EP1C系列器件，如：EP1C6F144或EP1C12Q240等。电源转换单元用来为FPGA器件提供的供电电平。一般的单片机系统采用5伏供电，但FPGA器件为实现低功耗和高速率，往往采用3.3伏和1.8伏供电。因此，电源转换单元实现5伏电源到3.3伏/1.8伏电源的转换。电源转换单元可采用LT1585系列器件实现。相应的，由于FPGA的数据总线采用3.3伏驱动，而除FPGA外的其它器件均采用TTL或CMOS电平，因此，应采用数据总线驱动单元实现FPGA数据总线和外部数据总线的电平转换和驱动。数据总线驱动单元可采用74LVC16245和74ACT16245系列的器件实现。晶振模块产生一个标准的时钟信号，用来向FPGA器件提供一个基准频率信息。复位电路在主处理器的控制下产生一个复位信号，用来对FPGA器件进行复位，可采用ADM708器件实现。

如图6所示，为速度传感器输出信号模拟器波形发生模块两通道正弦波信号发生逻辑的实施框图。图中幅度控制字、频率控制字和通道A、B的相位控制字是来自于主处理器模块的输入信号，用于实时控制输出的波形信号。信号波形相位-幅度数据表存储了当前应输出的信号波形在各相位点的输出幅度值。波形发生模块工作过程中，频率控制字控制时钟沿每次到来时，相位累进的步长，进而控制相位累加器每一次累加的幅度，从而形成不同的输出频率。相位控制字控制当前输出信号的初始相位。经频率控制字和相位控制字控制后，得到当前时刻应输出的信号相位。然后，波形发生模块根据该信号相位值查找信号波形相位-幅度数据表，得到当前时刻应输出的信号幅度。主处理器发送的幅度控制字控制当前应输出信号的幅度衰减。波形发生模块在完成查数据表后，和幅度控制字代表的衰减值进行相乘，得到最终应输出的正弦信号输出。其中，主处理器模块针对不同输出通道，发送各通道的相位控制字，使不同通道之间的信号相位严格相差指定值。另外，主处理器在发送幅度控制字和频率控制字之前，可根据输出信号频率-幅度关系计算幅度控制字和频率控制字的数值，从而满足拟模拟的速度传感器输出信号的输出特性。对该实施例进行扩展，可以得到更多通道信号发生的实施框图。

如图7所示，为速度传感器输出信号模拟器波形发生模块三通道方波信号发生逻辑的实施框图。本实施例实现了三通道方波信号的产生，其中，各通道信号相差120°的整数倍。图中，三个可逆计数器的计数值均为6，计数器A的初始值设置为0，计数器B的初始值设置为2，计数器C的初始值设置为4。时钟频率信号和方向控制信号来自于主处理器模块。当产生方波信号时，主处理器计算出当前速度信号对应的频率值，6倍频后向波形发生模块发送该频率信号。这样三个计数器输出的信号即为应输出的频率信号，且占空比为50％。由于三个计数器的初始值设置不同，三通道输出的方波信号相位严格相差120°的整数倍。方向控制信号来自于主处理器模块，用于控制计数方向，从而控制三通道信号的相位差的极性。方波信号的发生也可以通过VHDL编程来实现。对该实施例进行扩展，可以得到更多通道信号发生的实施框图。

如图8所示，为速度传感器输出信号模拟器数模转换模块的实施框图。图中采用了一个10位分辨率的数字模拟转换器实现数模转换。当输出信号幅度小于30伏且采用10位分辨率的数模转换时，最小幅度分辨率不超过0.06伏，完全满足速度传感器输出信号的要求。数字模拟转换器后极采用一个双极性放大器，使输出的信号为双极性，幅度在±5伏范围内。当前级产生速度传感器输出信号的数字量后，送到数字模拟转换器件后，生成对应的模拟量，经双极性放大器后，以模拟量形式发送给后极电路。

如图9所示，为速度传感器输出信号模拟器程控滤波模块的实施框图。图中采用了一个微处理器可控的双二阶通用有源滤波器。由于输出信号是一个单频信号，为保证良好的滤波特性，滤波器应为一个窄带滤波器。同时，输出信号的频率在动态变化，因此，滤波器的中心频率应可编程控制。因此，速度传感器输出信号模拟器采用了MAX262作为程控滤波器件。其中，滤波器的中心频率和品质因数由主处理器模块实时控制。滤波器的工作时钟由主处理器产生。

如图10所示，为速度传感器输出信号模拟器功率放大模块的实施框图。图中采用一个双极性供电的高增益运算放大器实现对输出信号的功率放大。假设待模拟的速度传感器信号输出幅度最大为18伏，则运算放大器的供电电压可为18伏，放大倍数为3.6倍。滑动变阻器R31可用于调节信号零点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种速度传感器输出信号模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包括：

主处理器模块以及外部通信接口模块，所述主处理器模块用于通过所述外部通信接口模块同外部计算机进行通信，根据外部控制命令的规定生成当前应输出信号的波形特征参数并输出；所述波形特征参数包括输出信号幅度特性、相位特性、通道数以及幅频特性中的一项或多项；

输出信号生成模块，用于根据所述波形特征参数，生成外部控制命令的规定所要求的输出信号；

功率放大模块，用于将所述输出信号进行功率放大，使所述输出信号成为满足速度传感器性能指标要求的信号。

2.如权利要求1所述的速度传感器输出信号模拟装置，其特征在于，所述波形特征参数包括频率控制字；

所述输出信号生成模块包括波形发生模块，所述波形发生模块用于根据所述频率控制字得到输出信号的分频数，并根据所述分频数对标准时钟信号分频得到当前应输出的信号波形；

所述波形发生模块通过并行传输接口与所述功率放大模块相连接。

3.如权利要求1所述的速度传感器输出信号模拟装置，其特征在于，所述波形特征参数包括幅度控制字、频率控制字以及相位控制字；所述输出信号生成模块包括波形发生模块以及数模转换模块；

所述波形发生模块内部设置有由外部控制指令指定的波形相位-幅度数据表，内含指定波形各个相位点的输出电平；所述波形发生模块用于根据所述幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及指定波形相位-幅度数据表得到各通道应输出的信号幅度值；

所述数模转换模块用于将所述各通道应输出的信号幅度值所确 定的数字输出信号转换为模拟输出信号，并发送给所述功率放大模块。

4.如权利要求1所述的速度传感器输出信号模拟装置，其特征在于，所述波形特征参数包括幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及滤波控制字；所述输出信号生成模块包括波形发生模块、数模转换模块以及程控滤波模块；

所述波形发生模块内部设置有多个输出波形的相位-幅度数据表，内含输出波形各个相位点的输出电平；所述波形发生模块用于根据所述幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及输出波形相位-幅度数据表得到各通道应输出的信号幅度值；

所述数模转换模块用于将所述各通道应输出的信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号，并发送至所述程控滤波模块；

所述程控滤波模块用于根据所述滤波控制字确定滤波器当前的中心频率及品质因数，对当前输出信号进行平滑滤波，并将滤波后的输出信号发送至所述功率放大模块。

5.一种速度传感器输出信号模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：通过外部通信接口模块与外部计算机通信，接收外部控制命令并生成当前应输出信号的波形特征参数；所述波形特征参数包括输出信号幅度特性、相位特性、通道数以及幅频特性中的一项或多项；

步骤2：根据所述波形特征参数生成外部控制命令规定的各通道应输出的信号幅度值，进而生成输出信号；

步骤3：对所述输出信号进行功率放大，使所述输出信号成为满足速度传感器性能指标要求的信号。

6.如权利要求5所述的速度传感器输出信号模拟方法，其特征 在于，所述步骤2中，根据所述波形特征参数中的频率控制字得到输出信号的分频数，并根据所述分频数对标准时钟信号分频得到当前应输出的信号波形。

7.如权利要求5所述的速度传感器输出信号模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，根据所述波形特征参数内的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及外部控制指令所指定的波形相位-幅度数据表，生成各通道应输出的信号幅度值。

8.如权利要求5所述的速度传感器输出信号模拟方法，其特征在于，所述步骤2中，根据所述波形特征参数内的幅度控制字、频率控制字、相位控制字以及内部存储的多个输出波形相位-幅度数据表，生成各通道应输出的信号幅度值。

9.如权利要求7所述的速度传感器输出信号模拟方法，其特征在于，在所述步骤2和步骤3之间，还包括步骤：

采用时分复用的方式将各通道输出信号幅度值输出，将所述各通道信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号。

10.如权利要求8所述的速度传感器输出信号模拟方法，其特征在于，在所述步骤2和步骤3之间，还包括步骤：

步骤a：采用时分复用的方式将各通道输出信号幅度值输出，将所述各通道信号幅度值所确定的数字输出信号转换为模拟输出信号；

步骤b：根据所述波形特征参数中的滤波控制字确定滤波器当前的中心频率及品质因数，对当前输出信号进行平滑滤波，并输出滤波后的输出信号。 

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