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樊磊 西安電子科技大學(xué) 呂高登 陜西省計算機與信息研究中心 2009-09-07 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 在測試、研究或調整電子元器件、電子電路及設備時(shí)，為測定電路的一些電參量，如測量頻率響應、噪聲系數，為電壓表定度等，常需要提供符合要求的電信號，模擬實(shí)際工作中所用待測設備激勵信號。當進(jìn)行系統的穩態(tài)特性測量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。而進(jìn)行系統的瞬態(tài)特性測試時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號源輸出信號的參數，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內進(jìn)行精確調整，有很好的穩定性，有輸出指示。而這種測試信號源一般采用信號發(fā)生器。 用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數的電測試信號，本設計可以產(chǎn)生可變頻率及幅度的方波、正弦波及三角波，并通過(guò)簡(jiǎn)易的方法來(lái)對輸出信號頻率和幅度進(jìn)行自適應調整及功率與外接負載的自動(dòng)適配，輸出信號參數直接通過(guò)液晶顯示屏顯示。 作為一種自適應控制系統，此信號發(fā)生器能夠根據受控對象及其工作環(huán)境變化，對要求的性能指標與實(shí)際系統的性能進(jìn)行比較,根據所獲信息,相應修正控制規律或調整系統參數，使系統能夠保持最優(yōu)或次優(yōu)化工作狀態(tài),從而獲得滿(mǎn)意性能。 系統結構 本系統分為供電模塊、顯示模塊、信號產(chǎn)生及調整電路、功率輸出及保護電路。系統框圖如圖1所示。供電模塊為系統中其他部分提供工作所需電源。信號產(chǎn)生及調整單元產(chǎn)生實(shí)際測試所需信號，并根據需求對信號相關(guān)參數進(jìn)行自適應調整。功率輸出則對信號產(chǎn)生及調整部分所提供的信號進(jìn)行功率調整。保護電路則對系統工作時(shí)遇到的一些異常情況進(jìn)行必要的處理。顯示單元則可以定性顯示信號波形及其幅度與頻率的變化，并對幅度與頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)數字顯示。 
系統硬件電路 供電電路 根據實(shí)際要求，自行設計了一個(gè)穩壓電源。系統采用外接市電220V電源。對于供電電路，可分為交流調壓部分，交流―直流轉換部分，及直流電平調整部分。其中直流電平調整采用開(kāi)關(guān)型穩壓電源。 信號產(chǎn)生及自適應調整 綜合考慮成本、硬件及軟件靈活性等因素，決定采用如下方案： 系統采用微控制器產(chǎn)生脈沖信號。信號經(jīng)放大后，可直接通過(guò)功率放大部分輸出，也可以輸入到波形調整模塊，產(chǎn)生幅度可調整的正弦波或三角波。之后再通過(guò)功率放大輸出�？驁D如圖2所示。信號的幅度、頻率自適應調整以及信號輸出功率的自適應調整還需要軟件部分協(xié)助完成。自適應調整關(guān)鍵是設計好反饋回路及自適應機構。
·頻率自適應調整 對于某一周期信號來(lái)說(shuō)，若在一定時(shí)間間隔T內測得該信號的重復變化次數N，則其頻率可表示為f=N/T。頻率自適應調整原理框圖如圖3所示。其中時(shí)基信號模塊提供標準秒時(shí)鐘，即周期為1s的脈沖信號。門(mén)限電路由時(shí)基信號控制。時(shí)基信號到來(lái)時(shí)，門(mén)限開(kāi)啟，被測信號通過(guò)門(mén)限電路送入計數器。時(shí)基信號結束時(shí)門(mén)限關(guān)閉，計數器停止計數。將檢測信號反饋入微控制器，再由微控制器內部程序進(jìn)行對輸出信號頻率進(jìn)行相應調整，從而實(shí)現外部信號頻率的自適應調整。
·幅度自適應調整 幅度自適應調整框圖如圖4所示。
系統采用峰值保持電路對方波脈沖的峰值電平加以采樣，并結合相關(guān)控制電路對模擬信號進(jìn)行短暫存儲。之后，采集的數據再經(jīng)過(guò)A/D轉換，轉為數字信號，送入微控制器。再由微控制器內部程序選擇相應的分壓阻值通路，從而實(shí)現信號幅度的自適應調整。而在輸出時(shí)，則可將微控制器處理后的頻率信號輸出。 調整部分電阻與脈沖幅度對應關(guān)系如表1所示(表中阻值為采用模擬電位器所測得)。
·功率自適應調整 負載功率在數值上等于負載電壓乘以負載電流。因此，功率調整相當于對負載電壓或電流的調整，其框圖如圖5所示。
功率監控部分應包括一個(gè)用于測量電流(產(chǎn)生一個(gè)比例輸出電壓)的電流檢測電路和一個(gè)模擬乘法器。電流檢測放大器提供與負載電流成正比的輸出電壓。此電壓作為模擬乘法器的一個(gè)輸入，而另一輸入則為負載電壓。乘法器輸出一個(gè)與負載功率成正比的電壓。功率監控部分再經(jīng)A/D將數據送入微控制器。由微控制器將采入的數據與存儲好的數據表對照，采取相應措施，調節數字電位器控制功率電平。從而實(shí)現功率的自適應調整。
保護電路 在保護電路模塊中，首先對功率放大后的信號進(jìn)行電流采樣。再經(jīng)濾波調整后輸入比較器。比較器的另一端輸入可調。采用雙比較器級聯(lián)，再將其輸出與揚聲器及指示燈等報警裝置相連。
顯示單元 顯示單元采用LCD液晶屏顯示。對于液晶的控制采用MCU來(lái)完成。在液晶接口處，增加了調節背光亮度的部分。 系統軟件 系統軟件完成的功能包括：方波脈沖的產(chǎn)生、頻率調整、幅度的自適應調整及液晶顯示等。 系統軟件采用Keil軟件設計。軟件設計流程圖如圖6所示。 圖7所示為功率調整的過(guò)程。 結語(yǔ) 此信號發(fā)生器方案為工業(yè)方面的應用提供了一種解決方法。該方案所對應設備具有結構簡(jiǎn)單、穩定性高，抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。 參考文獻： [1] 孫肖子, 張企民. 模擬電子技術(shù)基礎[M]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社. 2001 [2] 楊頌華, 馮毛官, 孫萬(wàn)蓉等. 數字電子技術(shù)基礎[M]. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社. 2000 [3] 馬忠梅, 劉濱, 戚軍等.單片機C語(yǔ)言Windows環(huán)境編程寶典[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社. 2003 [4] 劉興堂等. 應用自適應控制[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社. 2003. [5] 李維緹, 郭強. 液晶顯示應用技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社. 2000 |
