專利名稱:一種手持式信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種手持式信號(hào)發(fā)生器，主要應(yīng)用于工業(yè)儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、校驗(yàn)或檢測(cè)維護(hù)，其系統(tǒng)的主要原理結(jié)構(gòu)包括：微控制器控制電路模塊、液晶顯示電路模塊、鍵盤控制電路模塊、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊、低通濾波器電路模塊、信號(hào)輸出電路模塊、鋰電池模塊，所述微控制器控制電路模塊是使用可編程邏輯門陣列FPGA芯片，在其內(nèi)部編入DDS內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)多種波形數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，并通過(guò)鍵盤控制電路模塊來(lái)選擇波形信號(hào)的功能、波形的種類及頻率的大小實(shí)現(xiàn)智能化操作依次連接到D/A轉(zhuǎn)換電路模塊，將數(shù)字量波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量，經(jīng)低通濾波器、波形信號(hào)輸出電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)偏移、放大，這款手持式信號(hào)發(fā)生器是一款易于攜帶、操作步驟簡(jiǎn)單、精確度高的手持式信號(hào)發(fā)生器，有助于提高使用人員的工作效率。
【專利說(shuō)明】一種手持式信號(hào)發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用于儀器儀表、測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試儀，特別涉及一種手持式信號(hào)發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子測(cè)量、實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域需要有較高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的信號(hào)源。但在實(shí)際使用中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作的環(huán)境，由于外形體積偏大、使用交流電源供電，用于工業(yè)儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、校驗(yàn)或檢測(cè)維護(hù)時(shí)，攜帶困難。因此便攜式、高精度越來(lái)越成為儀器的基本要求，對(duì)傳統(tǒng)儀器的智能化、數(shù)字化尤為重要，這促使我們研制一種低功耗、便攜式產(chǎn)生多種頻率信號(hào)的手持式信號(hào)發(fā)生器成為可能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是為了滿足一些特殊現(xiàn)場(chǎng)的工作的環(huán)境，方便節(jié)約資源，設(shè)計(jì)了一種便于攜帶、操作步驟簡(jiǎn)單、精確度高的一種手持式信號(hào)發(fā)生器。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0005]這種一種手持式信號(hào)發(fā)生器包括:儀器罩殼、微控制器控制電路模塊、液晶顯示電路模塊、鍵盤控制電路模塊、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路模塊、低通濾波器電路、信號(hào)輸出電路模塊、鋰電池模塊。其中:儀器罩殼是用于固定系統(tǒng)電路主板，方便使用人員操作攜帶；液晶顯示電路模塊是將輸出波形信號(hào)的類型和頻率通過(guò)液晶LCD顯示器顯示出來(lái)，易于觀看；微控制器控制電路模塊是用內(nèi)部的CPU內(nèi)核控制嵌入的DDS內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)多種波形數(shù)據(jù)信號(hào)輸出；鍵盤控制電路模塊是用來(lái)選擇控制信號(hào)的功能、選擇波形的種類及選擇頻率的大小的，實(shí)現(xiàn)智能化操作；D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊是將數(shù)字量波形數(shù)據(jù)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量；低通濾波器電路是將輸出的波形信號(hào)去除噪聲和紋波；信號(hào)輸出電路模塊是實(shí)現(xiàn)波形信號(hào)放大、偏移。
[0006]所述的微控制電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:以可編程邏輯器件FPGA為核心，使用薄膜按鍵完成波形信號(hào)類型的選擇，波形信號(hào)頻率數(shù)值大小的設(shè)定，通過(guò)FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)的DDS內(nèi)核產(chǎn)生多種波形信號(hào)。
[0007]所述的DDS內(nèi)核實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:以相位累加器為該內(nèi)核的核心，同時(shí)還包括頻率控制字和波形存儲(chǔ)器組成，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)決定了波形存儲(chǔ)的地址，從而決定了波形選擇。
[0008]所述的液晶顯示電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:通過(guò)可編程邏輯器件FPGA控制波形信號(hào)，并通過(guò)液晶顯示器將輸出的波形信號(hào)直觀的顯示出來(lái)，電路模塊主要由液晶IXD1602組成。
[0009]所述的鍵盤控制電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:通過(guò)薄膜軟按鍵開關(guān)與微控制器連接，實(shí)現(xiàn)鍵盤控制選擇相應(yīng)的系統(tǒng)功能，分別控制系統(tǒng)的頻率、占空比、幅值。
[0010]所述的D/A轉(zhuǎn)換電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:通過(guò)可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA與D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9762組成。
[0011]所述的低通濾波器電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:通過(guò)電阻、電容組成的8階型低通濾波器，實(shí)現(xiàn)波形去噪，保證波形信號(hào)穩(wěn)定輸出圓滑。
[0012]所述的波形信號(hào)輸出電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:通過(guò)衰減電路20dB、40dB、60dB及自恢復(fù)保險(xiǎn)絲輸出波形信號(hào)，分別產(chǎn)生兩路同步信號(hào)，一路TTL電平，另一路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)波形，分別為正弦波、方波、三角波、直流信號(hào)。
[0013]經(jīng)由上述方案可知，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014](I)本實(shí)用新型在設(shè)計(jì)中采用直接數(shù)字合成技術(shù)原理，使用可編程邏輯門陣列芯片設(shè)計(jì)DDS內(nèi)核，具有保密性強(qiáng)、提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，該系統(tǒng)中節(jié)省芯片使用數(shù)量，降低了生產(chǎn)成本。
[0015](2)本實(shí)用新型在使用中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、體積小巧、易于攜帶，適合單手操作，內(nèi)部自帶充電鋰電池，并有液晶LCD顯示，能在光線暗淡的情況可以清晰操作，同時(shí)設(shè)計(jì)中在使用過(guò)壓過(guò)流保護(hù)，便于滿足實(shí)驗(yàn)室和各種試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工業(yè)儀器儀表的調(diào)試、檢測(cè)維護(hù)。
[0016](3)本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，為設(shè)備小型化提供了技術(shù)支持，有效地提高了輸出信號(hào)的頻率和寬度，本系統(tǒng)的采樣率為80MSa/S，電壓輸出-5V至+5V，輸出正弦波頻率在O至10MHz，其他波形頻率O至ΙΟΟΚΗζ，這為下步設(shè)計(jì)更高速度的信號(hào)發(fā)生器奠定基礎(chǔ)。

【附圖說(shuō)明】

[0017]圖1是本實(shí)用新型一種手持式信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成分解示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型一種手持式信號(hào)發(fā)生器的主控制電路原理框圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型一種手持式信號(hào)發(fā)生器的DDS內(nèi)核基本邏輯框圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型一種手持式信號(hào)發(fā)生器的頻率控制字的組成原理圖；
[0021]圖5是本實(shí)用新型一種手持式信號(hào)發(fā)生器的相位累加器的組成的原理圖；

【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型研制的信號(hào)發(fā)生器主要由儀器罩殼上面板11、液晶顯示電路模塊12、主控制電路模塊13、薄膜按鍵電路14、鋰電池電路模塊15、儀器罩殼下面板16組成。其中各部分的裝配情況如下:
[0023]鋰電池電路模塊15固定在儀器罩殼下面板16上，然后供電給主控制電路模塊13，并將其放置于鋰電池電路模塊15上面，連接主控制電路模塊13的是薄膜按鍵電路模塊14和液晶顯示電路模塊12，通過(guò)控制薄膜按鍵電路模塊14，將輸出波形的信號(hào)顯示在液晶電路模塊12上，最后將儀器罩殼上面板11裝配上，構(gòu)成一款一種手持式信號(hào)發(fā)生器。
[0024]如圖2所示，本實(shí)用新型的函數(shù)發(fā)生器主控制電路模塊主要包括:微處理器控制電路21、液晶顯示電路22、薄膜按鍵電路23、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路24、低通濾波器電路25、信號(hào)輸出電路26、鋰電池模塊27組成。其中各部分的具體電路連接結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系如下:
[0025]微控制器控制電路21主要由可編程邏輯控制芯片F(xiàn)PGA組成，該系統(tǒng)的核心建立波形DDS內(nèi)核的主要控制單元。
[0026]液晶顯示電路22主要由液晶IXD1602組成，通過(guò)FPGA的數(shù)據(jù)接口連接到液晶LCD1602 上。
[0027]薄膜按鍵電路23主要由六個(gè)按鍵組成，通過(guò)FPGA的數(shù)據(jù)接口連接到六個(gè)按鍵，按鍵分別為函數(shù)功能、功能設(shè)定、方向鍵上、方向鍵下、方向鍵左、方向鍵右。
[0028]D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路24即以集成電路AD9862為核心是一款低功耗CMOS、可編程12位、125Msps的高速、并行電流輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其相對(duì)精度為±2LSB，最大非線性度為±1LSB，可輸出2mA-20mA電流，其差分信號(hào)具有抑制共模增益的作用，信號(hào)特性更好，其輸出電路公式為:
[0029]1uta= (DAC.CODE/16384) X10UTFS
[0030]根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器公式，計(jì)算出轉(zhuǎn)換的模擬量電流，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器兩路輸出傳送給運(yùn)算放大器，根據(jù)虛短和虛斷的規(guī)律，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)行放大輸出信號(hào)。
[0031]低通濾波器電路25由型網(wǎng)絡(luò)電阻、電容構(gòu)成，濾波器帶寬范圍為15MHz，能夠保證輸出信號(hào)穩(wěn)定，去除紋波保證波形信號(hào)圓滑。
[0032]信號(hào)輸出電路26由衰減電路20dB、40dB及自恢復(fù)保險(xiǎn)絲組成。其中將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)依次通過(guò)低通濾波器、衰減電路、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲連接到BNC接口輸出波形信號(hào)。
[0033]鋰電池模塊27主要由充放電鋰電池構(gòu)成，將供給所有模塊電源。
[0034]如圖3所示，本實(shí)用新型的DDS內(nèi)核邏輯框圖主要包括:頻率控制字K31、相位累加器模塊32、波形存儲(chǔ)器33、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器34、低通濾波器35。其中頻率控制字K輸出的信號(hào)經(jīng)時(shí)鐘信號(hào)供給接入相位累加器累加，然后輸出的數(shù)據(jù)地址選擇所需要的波形地址數(shù)據(jù)。
[0035]如圖4所示，本實(shí)用新型的頻率控制字模塊主要原理框圖包括:譯碼器41、8位D觸發(fā)器42、與非門43。所述各個(gè)模塊的工作功能如下:四選一譯碼器41輸出16個(gè)數(shù)據(jù)接口接口，分別接到6個(gè)8位D觸發(fā)器42，5個(gè)D觸發(fā)器共輸出32位數(shù)據(jù)，當(dāng)WR和譯碼器信號(hào)Y的某一路同時(shí)為低電平信號(hào)時(shí)，D觸發(fā)器時(shí)鐘上升沿被觸發(fā)，PO的數(shù)據(jù)就被D觸發(fā)器42送出，依次送出32位后，當(dāng)WR和譯碼器Y5同時(shí)為低電平時(shí)，將36位數(shù)據(jù)送入D觸發(fā)器。
[0036]如圖5所示，本實(shí)用新型的相位累加器模塊是整個(gè)DDS內(nèi)核的核心，所述的模塊的功能和性能如下:它實(shí)際是一個(gè)帶反饋的36位加法器，輸出數(shù)據(jù)一端反饋到加法器的一個(gè)輸入端DATAa，在時(shí)鐘DCLK作用下與輸入端DATAb的頻率控制字相加，而后輸出數(shù)據(jù)U[35..0]為后續(xù)電路輸出信號(hào)。
【權(quán)利要求】
1.一種手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于，包括儀器罩殼、微控制器控制電路模塊、液晶顯示電路模塊、鍵盤控制電路模塊、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路模塊、低通濾波器電路、信號(hào)輸出電路模塊、鋰電池模塊，其中:儀器罩殼是用于固定系統(tǒng)電路主板；液晶顯示電路模塊是將輸出波形信號(hào)的類型和頻率通過(guò)液晶LCD顯示器顯示出來(lái)；微控制器控制電路模塊是用內(nèi)部的CPU內(nèi)核控制嵌入的DDS內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)多種波形數(shù)據(jù)信號(hào)輸出；鍵盤控制電路模塊是用來(lái)選擇控制信號(hào)的功能、選擇波形的種類及選擇頻率的大??；D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊是將數(shù)字量波形數(shù)據(jù)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的微控制電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程以可編程邏輯器件FPGA為核心，使用薄膜按鍵完成波形信號(hào)類型的選擇，波形信號(hào)頻率數(shù)值大小的設(shè)定，通過(guò)FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)的DDS內(nèi)核產(chǎn)生多種波形信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的DDS內(nèi)核實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要由頻率控制字、相位累加器和波形存儲(chǔ)器組成，以相位累加器為該內(nèi)核的核心，輸出的數(shù)據(jù)決定了波形存儲(chǔ)的地址，從而決定了波形選擇。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的液晶顯示電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程通過(guò)可編程邏輯器件FPGA控制波形信號(hào)，并通過(guò)液晶顯示器將輸出的波形信號(hào)直觀的顯示出來(lái)，電路模塊主要由液晶IXD1602組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的鍵盤控制電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程通過(guò)薄膜軟按鍵開關(guān)與微控制器連接，實(shí)現(xiàn)鍵盤控制選擇相應(yīng)的系統(tǒng)功能，分別控制系統(tǒng)的頻率、占空比、幅值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的D/A轉(zhuǎn)換電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程通過(guò)可編程邏輯芯片F(xiàn)PGA與D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9762組成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的低通濾波器電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程通過(guò)電阻、電容組成的8階31型低通濾波器，實(shí)現(xiàn)波形去噪，保證波形信號(hào)穩(wěn)定輸出圓滑。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式信號(hào)發(fā)生器，其特征在于所述的波形信號(hào)輸出電路模塊實(shí)現(xiàn)過(guò)程通過(guò)衰減電路20dB、40dB、60dB及自恢復(fù)保險(xiǎn)絲輸出波形信號(hào)，分別產(chǎn)生兩路同步信號(hào)，一路TTL電平，另一路標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)波形，分別為正弦波、方波、三角波、直流信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G05B19-042GK204302709SQ201420725811
【發(fā)明者】吳懷明, 薛領(lǐng), 謝行, 王玉花, 趙一鳴, 董日昊, 張斐, 康淑婷, 賀小軍, 王孝 [申請(qǐng)人]北京航天峰光電子技術(shù)有限責(zé)任公司, 北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所