CN203071870U - 一种增益自动补偿的正弦波信号源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一增益自动补偿的正弦波信号源，属于数字信号处理技术领域。它是由频率、幅值输入电路，数码管静态显示器，微处理器STC12C5A60S2，DDS信号发生器AD9850BRS，乘法器AD834，宽带放大器AD811组成；微处理器的两路PWM输出信号经滤波后用于乘法器的增益控制；在微处理器的FLASH中固化频率、幅值、PWM控制器数据字查找表；微处理器监测频率、幅值输入电路的值，并在查找表中找到两路PWM控制数据字，并写入对应的PWM控制器，实现增益的控制。本实用新型结构简单，成本低，信号输出频率特性一致性好，适用于高频实验教学仪中的信号源模块。

Description

一种增益自动补偿的正弦波信号源

技术领域

本实用新型涉及一种增益自动补偿的正弦波信号源，属于数字信号处理技术领域。

背景技术

南京恒盾电子技术公司的高频实验仪，在频率高于1MHz时的输出信号幅值随频率的改变发生较大的波动，以致于实验难以取得成功，本实用新型针对该高频实验仪对信号源部分进行改进。在公告号CN 101989834 A的中国发明专利公开了一种基于DDS 的幅值可调信号发生器的技术，采用液晶显示、键盘控制、微处理器AT89S52、DDS 信号发生器AD9850、TLC5615、乘法器AD534、压控电压源二阶高通滤波器、二阶低通滤波器、放大器组成的可调信号发生器装置。经实验测试，可以选择适用的电子元件对公告号CN 101989834 A的专利进行简化设计，从而适用于实验仪改进。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有产品的不足，提供一种在0.1Hz~40MHz频率范围内增益自动补偿的正弦波信号源，实用新型结构简单，成本低，信号输出频率特性一致性好，适用于高频实验教学仪中的信号源模块。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，一种增益自动补偿的正弦波信号源，包括微控制器（MCU）（2），在微控制器（MCU）（2）的前向通道连接频率输入电路（1）、幅值输入电路（8），在微控制器（MCU）（2）的后向通道连接频率显示电路（7）、DDS正弦信号产生电路（4）、D/A转换电路（3），DDS正弦信号产生电路（4）的输出、D/A转换电路（3）输出连接模拟乘法器增益控制电路（5），模拟乘法器增益控制电路（5）的输出连接固定增益宽带放大电路（6）。

所述的频率输入电路（1）、幅值输入电路（8）采用带按键的旋转编码器，通过按键可选择需要调整频率的数位，即十分位、个位、十位、百位、千位、万位、十万位、百万位，被选择的位上的数字闪烁显示，顺时针旋转频率按位加一，以十进制方式表示、满十进位，逆时旋转频率按位减一，少于0退位。

所述的微控制器（MCU）（2）采用带两路PWM输出的STC12C5A60S2系列集成电路，可以简化电路的设计，采用二阶阻容滤波技术，可将所述的微控制器（MCU）（2）的PWM输出转换为模拟电压输出构成的D/A转换电路（3），等效于专用D/A转换集成电路的功能，从而简化电路结构、节约元件成本，STC12C5A60S2芯片内RAM达1280字节、FLASH存储器可达60KB，芯片内部资源丰富，可以存储增益补偿和增益调整所需要的数据。

所述的频率显示电路（7）采用74HC595和七段数码管组成的8位串行静态显示电路，也可以采用74HC164和七段数码管组成的8位串行静态显示电路，静态显示技术在数位较多时较动态显示技术数据码管的亮度大，无闪烁，与微处理器接口简单，方便于扩展位数，较LCD液晶屏显示器节约成本，由于所需要的显示信息量不多，适用与实验仪的改进应用。

所述的DDS正弦信号产生电路（4）采用AD9850BRS集成电路，该集成电路专用于DDS正弦信号的产生，其外部输入采用125MHz有源晶振，与微控制器通过串行接口方式连接。

所述的模拟乘法器增益控制电路（5）采用AD834，在AD834的两路差分信号输入端，将DDS正弦信号产生电路（4）AD9850BRS集成电路产生的单极性信号与一个固定电平的直流电压差分输入，解决了电平移位的问题，AD834的两路差分增益控制端，分别连接微控制器的PWM波输出经二阶滤波后的模拟电压信号，其中一路用于增益的步进调节，另一路用于增益的补偿控制。

所述的固定增益宽带放大电路（6）采用AD811，将末级的电压放大倍数设定为约8倍。

本实用新型的信号输出幅值调节和增益补偿的实现方法是：

一、初始化过程：

1）将用于增益步进调节的一路PWM控制器初值设为0xFF,调节该PWM信号经二阶阻容滤波电路和串联电阻分压电路分压电阻的阻值，使满幅输出到AD834的增益控制端X1的电压值为1.00V；

2）将用于增益补偿控制的一路PWM控制器初值设为0xFF,调节该PWM信号经二阶阻容滤波电路和串联电阻分压电路分压电阻的阻值，使满幅输出到AD834的增益控制端X2的电压值为0.50V；

3）按照频率范围从0.1Hz~40MHz，频率步进20kHz，输出正弦波信号幅值范围从100mV Vp-p~1000mV Vp-p，步进10mV建立查找表，实测输出所要求的信号频率、幅值对应的两路PWM控制器的数据字，测试完成后将该两个PWM控制器的数据字顺序固化到微控制器的FLASH存储器中；

二、仪器运行过程：

1）微控制器（MCU）（2）监测频率输入电路（1）、幅值输入电路（8）中带按键的旋转编码器的输入值，每改变一次，在查找表中找到两路PWM控制器的数据字，并装入对应的PWM控制器，可以得到需要的输出幅值。

本实用新型的优点是：结构简单、成本低、输出信号频率精度高、输出信号幅值随频率变化起伏小。

附图说明

图1 是实用新型的结构框图；

图中：频率输入电路（1）、微控制器（MCU）（2）、D/A转换电路（3）、DDS正弦信号产生电路（4）、模拟乘法器增益控制电路（5）、固定增益宽带放大电路（6）、频率显示电路（7）、幅值输入电路（8）；

图2是本实用新型微控制器及输入部分电路原理图；

图3是本实用新型DDS芯片AD9850部分电路原理图；

图4是本实用新型乘法器AD834和宽带放大器AD811部分电路原理图；

图5是本实用新型频率显示部分电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图2中：U400为图1中的微控制器（MCU）（2）；U400的6脚、39脚分别连接由电阻R402、电容C403、电容C405、电阻R403组成的一路阻容二阶滤波电路、由电阻R400、电容C402、电容C404、电阻R401组成的另一路阻容二阶滤波电路，该两路滤波电路再分别连接到图4中串联分压电阻R201和R200的一端；U400的8、10、11脚连接到用于频率输入的带按键的旋转编码器SW400的3、5、1脚；U400的9、12、13脚连接到用于幅值输入的带按键的旋转编码器SW401的3、5、1脚。

图3中：Y100为125MHz有源晶振，Y100的1脚悬空、2脚接公共地、4脚接+5V电源、3脚连接U100的9脚；U100为DDS专用集成电路AD9850BRS，U100的1、13、14、15、16、17、20、26、27、28脚悬空，2、5、10、19、24脚连接公共地，3、4、11、18、23脚连接+5V电源，7脚连接到图1中的U100的43脚，8脚连接到图1中的U100的42脚，22脚连接到图1中的U100的40脚，25脚连接到图1中的U100的41脚，12脚连接电阻R100到公共地，21连接电阻R101的一端、电容C100的一端、电容C102的一端、电感L100的一端；电阻R101的另一端、电容C100的另一端连接公共地；L100的另一端连接电容C102的另一端、电容C103的一端、电容C104的一端、L101的一端；电容C103的另一端连接公共地；电感L101的另一端连接电容C104的另一端、电容C101的一端、电阻R102的一端、图4中U200的1脚；电容C101的另一端、电阻R102的另一端连接公共地。

图4中：U200是乘法器AD834；U200的增益控制端X1、X2分别连接到电阻R200、电阻R202的一端和电阻R201、电阻R203的一端；串联电阻网络R200、R202和串联电阻网络R201、R203用于将从图2中二阶阻容滤波电路送来的模拟电压信号分压，从而实现对AD834的增益控制。U200的1脚连接图3中的正弦信号输出端，此前已有叙述；U200的3脚通过电阻R212连接-12V电源；U200的4脚连接电阻R205、电阻R207、电阻R209、宽带放大集成电路AD811 U201的3脚；U200的5脚连接电阻R204、电阻R206、电阻R208、、宽带放大集成电路AD811 U201的2脚；U200的6脚连接电阻R204、电阻R205的另一端；R206、电阻R207的另一端连接+12V电源；电阻R209的另一端连接公共地；电阻R208的另一端连接U201的6脚；U201的1、5、8脚悬空、4脚连接-12V电源、7脚连接+12V电源。

图5中：U300~U307为移位寄存器SN74HC595；DS300~DS307为七段数码管；U300与DS300、U301与DS301、U302与DS302、U303与DS303、U304与DS304、U305与DS305、U306与DS306、U307与DS307分别组成一个数字显示位、U300~U307的QA~QH分别连接到DS300~307的a~g、dp；U300~U307的13脚接公共地、10脚连接+5V电源、12脚连接图2中U400的2脚、11脚连接图2中U400的1脚、14脚连接图2中U400的44脚；U300的9脚连接U302的14脚，U302的9脚连接U303的14脚，U303的9脚连接U306的14脚，U306的9脚连接U301的14脚，U301的9脚连接U304的14脚，U304的9脚连接U305的14脚，U305的9脚连接U307的14脚。

Claims (2)

1.一种增益自动补偿的正弦波信号源，属于数字信号处理技术领域，包括微控制器（MCU）（2），在微控制器（MCU）（2）的前向通道连接频率输入电路（1）、幅值输入电路（8），在微控制器（MCU）（2）的后向通道连接频率显示电路（7）、DDS正弦信号产生电路（4）、D/A转换电路（3），DDS正弦信号产生电路（4）的输出、D/A转换电路（3）输出连接模拟乘法器增益控制电路（5），模拟乘法器增益控制电路（5）的输出连接固定增益宽带放大电路（6），其特征是，所述的频率输入电路（1）、幅值输入电路（8）采用带按键的旋转编码器；所述的微控制器（MCU）（2）采用带两路PWM输出的STC12C5A60S2系列集成电路；所述的频率显示电路（7）采用74HC595和七段数码管组成的8位串行静态显示电路；所述的DDS正弦信号产生电路（4）采用AD9850BRS集成电路；所述D/A转换电路（3）采用二阶阻容滤波技术，将所述的微控制器（MCU）（2）的PWM输出转换为模拟电压；所述的模拟乘法器增益控制电路（5）采用AD834；所述的固定增益宽带放大电路（6）采用AD811。

2.根据权利要求1所述的一种增益自动补偿的正弦波信号源，其特征是，所述的频率显示电路（7）采用74HC164和七段数码管组成的8位串行静态显示电路。

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