CN210804028U - 一种可编程信号发生器模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可编程信号发生器模块，包括上位机软件平台、控制器、通道选择开关、第一运算放大器和第二运算放大器，用户可利用控制器对通道选择开关进行切换，从而选择信号经第一运算放大器或第二运算放大器输出，由于第一运算放大器和第二运算放大器的外围电路不同，经过第一运算放大器输出的模拟信号是电压信号，经过第二运算放大器输出的模拟信号是电流信号，这样就实现了同一输出端口在不同的时刻能输出二种不同类型的模拟信号，使得信号发生器模块的适用性好。

Description

一种可编程信号发生器模块

技术领域

本实用新型涉及信号发生器技术领域，特别涉及一种可编程信号发生器模块。

背景技术

可编程信号发生器也称作信号源，为使用者提供稳定可靠的参考信号，在实际使用中常常代替前端电路的实际信号，为后端电路提供一个理想的信号。可编程也即可对信号的输出自由地配置切换，包含0～10V(或0～11.22V)和4～20mA(或0～20mA)的信号输出，对于产品的研发和电路实验特别有用，在电路测试中，可以通过测量、对比输入和输出信号来判断信号处理电路的功能和特性是否达到要求。因此，信号发生器广泛应用于电子研发、维修、测量、校准等领域。同时，信号发生器可直接应用于直接数字控制器或PLC等设备系统中，为直接数字控制器或PLC设备的开发提供了方便。

目前，信号发生器已日益成熟，并且有各种各样的信号发生器，由早期的模拟电子技术的信号发生器发展到主流的数字信号发生器，由比较单一的信号发生器到目前各类型复杂的信号发生器，但信号发生器的输出端口一般只能提供一种信号输出，这样导致信号发生器模块的适用性差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为软件工程师提供一种信号发生器模块的硬件结构，以使得软件工程师对该硬件结构中的控制器进行编程后，信号发生器模块的适用性好。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可编程信号发生器模块，包括控制器、通道选择开关、第一运算放大器和第二运算放大器，所述通道选择开关包括三组单刀双掷选择开关，单刀双掷选择开关包括一个单刀端和两个选择端，所述控制器连接第一组单刀双掷选择开关的单刀端，第一组单刀双掷选择开关的第一选择端经第一电阻连接第一运算放大器的同相输入端，第二选择端直接连接第二运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的反相输入端经第二电阻连接电机接地线，并经第三电阻连接第一运算放大器的输出极，所述第一运算放大器的输出极连接第二组单刀双掷选择开关的第一选择端，并经电容连接电机接地线，第二组单刀双掷选择开关的单刀端连接输出端口；所述第二运算放大器的输出极连接三极管的基极，所述三极管的集电极连接第三组单刀双掷选择开关的第一选择端，发射极经第四电阻连接电机接地线，第三组单刀双掷选择开关的单刀端连接输出端口，第二运算放大器的反相输入端连接三极管的发射极与第四电阻之间的接点。

优选地，所述第二组单刀双掷选择开关的第二选择端经第五电阻连接信号源，第三组单刀双掷选择开关的第二选择端连接电机接地线。

优选地，所述第一运算放大器的输出极经稳压二极管连接电机接地线。

优选地，所述第二组单刀双掷选择开关与第三组单刀双掷选择开关之间接有双向瞬态抑制二极管。

优选地，所述控制器是MCU控制器。

本实用新型提供的硬件结构具有以下有益效果：在软件工程师对硬件结构中的控制器进行编程后，用户可利用控制器对通道选择开关进行切换，从而选择信号经第一运算放大器或第二运算放大器输出，由于第一运算放大器和第二运算放大器的外围电路不同，经过第一运算放大器输出的模拟信号是电压信号，经过第二运算放大器输出的模拟信号是电流信号，这样就实现了同一输出端口在不同的时刻能输出二种不同类型的模拟信号，使得信号发生器模块的适用性好。

附图说明

图1是可编程信号发生器模块的电路连接框图；

图2是通道选择开关CD4053的引脚示意图；

图3是可编程信号发生器模块的电路原理图。

具体实施方式

可编程信号发生器模块如图1所示，包括上位机软件平台、MCU控制器、通道选择开关 CD4053、第一运算放大电路和第二运算放大电路，MCU控制器分别连接上位机软件平台和通道选择开关CD4053，通道选择开关CD4053分别经两个运算放大器连接输出端口，其中MCU 控制器是任意款式的CPU芯片，只要满足有两个DAC通道即可。

通道选择开关CD4053如图2所示，包括三组单刀双掷选择开关，这三组单刀双掷选择开关分别记为CD4053-U12A、CD4053-U12B和CD4053-U12C，其中第一组选择开关 CD4053-U12A包括单刀端a和两个选择端aX、aY，第二组选择开关CD4053-U12B包括单刀端b和两个选择端bX、bY，第三组选择开关CD4053-U12C包括单刀端c和两个选择端cX、 cY；通道选择开关CD4053有三个独立的数字控制输入端A、B、C和一个禁止端INH，当禁止端INH的输入为“1”时，所有选择通道截止；当禁止端INH的输入为“0”，且控制输入端 A、B、C都为高电平时，单刀端a选择aX端输出，单刀端b选择bX端输出，单刀端c选择 cX端输出；当禁止端INH的输入为“0”，且控制输入端A、B、C都为低电平时，单刀端a 选择aY端输出，单刀端b选择bY端输出，单刀端c选择cY端输出。

如图3所示，第一运算放大电路是同相比例运算电路，其包括第一运算放大器U11A，第二运算放大电路包括第二运算放大器U11B，这两个运算放大器的型号都是LM2902。MCU控制器通过DAC1_OUT通道连接第一组单刀双掷选择开关CD4053-U12A的单刀端a，第一组单刀双掷选择开关CD4053-U12A的aX端经第一电阻R1连接第一运算放大器U11A的同相输入端，aY端连接第二运算放大器U11B的同相输入端，即MCU控制器经第一组单刀双掷选择开关CD4053-U12A分别连接第一运算放大器U11A的同相输入端和第二运算放大器U11B的同相输入端；所述第一运算放大器U11A的反相输入端经第二电阻R2连接电机接地线MGND，并经第三电阻R3连接第一运算放大器U11A的输出极；所述第一运算放大器U11A的输出极连接第二组单刀双掷选择开关CD4053-U12B的bX端，并经电容C1连接电机接地线MGND，第二组单刀双掷选择开关CD4053-U12B的bY端经第五电阻R5连接电源接口VDD，单刀端 b连接输出端口，即第一运算放大器U11A的输出极经第二组单刀双掷选择开关CD4053-U12B 连接输出端口；所述第二运算放大器U11B的输出极连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1 的集电极连接第三组单刀双掷选择开关CD4053-U12C的cY端，第三组单刀双掷选择开关 CD4053-U12C的cX端连接电机接地线MGND，单刀端c连接输出端口，即三极管Q1的集电极经第三组单刀双掷选择开关CD4053-U12C连接输出端口；三极管Q1的发射极经第四电阻 R4连接电机接地线MGND，第二运算放大器U11B的反相输入端连接三极管Q1的发射极与第四电阻R4之间的接点。其中，第一电阻R1＝10kΩ，第二电阻R2＝10kΩ，第三电阻R3＝24kΩ，第四电阻R4＝165kΩ，R5＝49.9Ω，电容C1＝0.1μF。第二组单刀双掷选择开关CD4053-U12B 的单刀端b与第三组单刀双掷选择开关CD4053-U12C的单刀端c之间接有双向瞬态抑制二极管Z1，从而避免外部电路异常而对本可编程信号发生器模块进行冲击。

本实施例的可编程信号发生器模块在工作时，用户通过上位机软件平台对MCU控制器进行设置，使得MCU控制器通过DAC1_OUT通道输出0～3.3V的电压信号，并使得MCU控制器控制通道选择开关CD4503来选择可编程信号发生器模块输出0～11.22V模拟信号还是输出 0～20mA模拟信号，具体地：

当用户想输出0～11.22V模拟信号时，可通过上位机软件平台对MCU控制器进行设置，使得MCU控制器控制通道选择开关CD4053的禁止端INH＝0，控制输入端A＝B＝C＝0，此时通道选择开关CD4053的单刀端a选择aX端输出，单刀端b选择bX端输出，单刀端c选择 cX端输出，则0～3.3V的电压信号会经过第一运算放大器U11A，由于第一运算放大电路U11A是同相比例运算电路，放大处理后的输出电压值为：Vout＝(0～3.3V)*(1+24/10)＝0～11.22V；第一运算放大器U11A的输出极经稳压二极管D1连接电机接地线MGND，从而在因某些异常而导致输出电压信号超过12V时起到保护作用。

当用户想输出0～20mA模拟信号时，可通过上位机软件对MCU控制器进行设置，使得 MCU控制器控制通道选择开关CD4053的禁止端INH＝0，控制输入端A＝B＝C＝1，此时通道选择开关CD4053的单刀端a选择aY端输出，单刀端b选择bY端输出，单刀端c选择cY端输出，则0～3.3V的电压信号会经过第二运算放大器U11B，此时三极管Q1导通，电压信号经第四电阻R4后输出电流，输出电流值为：Iout＝(0～3.3)/165k＝0～20mA。

用户可通过上位机软件平台对MCU控制器进行控制选择，从而选择想要电压或者电流的模拟信号输出，选择后MCU控制器对通道选择开关CD4053进行切换，从而选择信号经第一运算放大器U11A或第二运算放大器U11B输出，由于第一运算放大器U11A和第二运算放大器U11B的外围电路不同，即第一运算放大电路和第二运算放大电路的结构不同，经过第一运算放大器U11A输出的模拟信号是电压信号，经过第二运算放大器U11B输出的模拟信号是电流信号，这样就实现了同一输出端口在不同的时刻能输出二种不同类型的模拟信号，使得信号发生器模块的适用性好。

Claims (5)

1.一种可编程信号发生器模块，其特征是：包括控制器、通道选择开关、第一运算放大器和第二运算放大器，所述通道选择开关包括三组单刀双掷选择开关，单刀双掷选择开关包括一个单刀端和两个选择端，所述控制器连接第一组单刀双掷选择开关的单刀端，第一组单刀双掷选择开关的第一选择端经第一电阻连接第一运算放大器的同相输入端，第二选择端直接连接第二运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的反相输入端经第二电阻连接电机接地线，并经第三电阻连接第一运算放大器的输出极，所述第一运算放大器的输出极连接第二组单刀双掷选择开关的第一选择端，并经电容连接电机接地线，第二组单刀双掷选择开关的单刀端连接输出端口；所述第二运算放大器的输出极连接三极管的基极，所述三极管的集电极连接第三组单刀双掷选择开关的第一选择端，发射极经第四电阻连接电机接地线，第三组单刀双掷选择开关的单刀端连接输出端口，第二运算放大器的反相输入端连接三极管的发射极与第四电阻之间的接点。

2.根据权利要求1所述的可编程信号发生器模块，其特征是：所述第二组单刀双掷选择开关的第二选择端经第五电阻连接信号源，第三组单刀双掷选择开关的第二选择端连接电机接地线。

3.根据权利要求1所述的可编程信号发生器模块，其特征是：所述第一运算放大器的输出极经稳压二极管连接电机接地线。

4.根据权利要求1所述的可编程信号发生器模块，其特征是：所述第二组单刀双掷选择开关与第三组单刀双掷选择开关之间接有双向瞬态抑制二极管。

5.根据权利要求1所述的可编程信号发生器模块，其特征是：所述控制器是MCU控制器。

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