一種光柵信號仿真發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號源發(fā)生技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光柵信號仿真發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]光柵和激光干涉計量技術(shù)是重要的位移精密測量技術(shù)，離不開正余弦信號高精度計數(shù)細(xì)分技術(shù)。工程實(shí)踐中，由于光學(xué)、機(jī)械、電氣和環(huán)境因素影響，難以保證實(shí)際光柵和激光干涉正余弦信號具有穩(wěn)定的幅值、相位、頻率、波形個數(shù)和直流漂移，信號中也不可避免存在噪聲，這些都會影響光柵和激光干涉位移測量精度。為降低或避免相關(guān)因素對光柵和激光干涉計量精度的影響，需要不斷改善正余弦信號計數(shù)細(xì)分電路系統(tǒng)，研究穩(wěn)健的正余弦信號計數(shù)細(xì)分電路和信號誤差分析補(bǔ)償算法。在相關(guān)研究及電路與算法面對各種信號因素影響的有效性測試中，工程實(shí)際正余弦信號仿真發(fā)生器必不可少。
[0003]目前，信號發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法有很多。一類是模擬電路法，模擬電路法是利用模擬電路的方法來實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生器，即使用電容、電阻、運(yùn)放等傳統(tǒng)的電子器件搭建RC或LC正弦信號發(fā)生器。輸出頻率的變化則是通過改變電路中元器件的參數(shù)值來實(shí)現(xiàn)的。這種方式雖然成本很低，但是因?yàn)檫@種方式使用了大量的分立元件，所以受它工作原理的限制，它的頻率穩(wěn)定度會降低;此外其它的各種調(diào)制功能也比較難以實(shí)現(xiàn)，需要很復(fù)雜的電路，調(diào)試麻煩且精度較低，也不能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊。另一類是直接數(shù)字頻率合成法，直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是一種新的頻率合成技術(shù)，它從相位的概念出發(fā)來直接合成所需波形。與傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相比，它有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如具有更高的頻率分辨率，更快的頻率轉(zhuǎn)換速度，更易編程和全數(shù)字化，且更易集成，所以得到了越來越廣泛的應(yīng)用;但這種方法使用太多的芯片，不夠簡潔，不能隨需要進(jìn)行參數(shù)的任意調(diào)整。最后是微控制器控制DAC法，它是由MCU通過計算產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)，再由DAC將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬電壓值，連續(xù)輸出以實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生。因該法的很多功能都是通過軟件實(shí)現(xiàn)，所以功能的可擴(kuò)展性比較好且穩(wěn)定可靠。但一般由該法設(shè)計的信號發(fā)生器功能往往不夠全面，如不能實(shí)現(xiàn)初始相位的嚴(yán)格可控，即不可通過控制相位實(shí)現(xiàn)信號輸出方向的正反隨機(jī)變化，也就不能仿真位移的方向；不能加載不同程度的隨機(jī)噪聲，即不能模擬實(shí)際環(huán)境中的光柵信號，也就不能實(shí)現(xiàn)仿真信號對電路誤差校正算法的驗(yàn)證;更不能給出仿真的位移量值，即不能實(shí)現(xiàn)給定波形個數(shù)的信號輸出及輸出過程停止和繼續(xù)的隨機(jī)控制，也就無法完成對計數(shù)和位移計量功能的驗(yàn)證。這些都導(dǎo)致由該法設(shè)計的一般的信號發(fā)生器不能滿足光柵信號仿真發(fā)生器的技術(shù)要求，即不能產(chǎn)生理想的仿真光柵信號，也就不能很好的用于光柵和激光干涉位移測量正余弦信號計數(shù)細(xì)分辨向電路誤差分析和校正補(bǔ)償?shù)难芯俊?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種可產(chǎn)生模擬的光柵和激光干涉位移測量中正交信號的信號發(fā)生器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的光柵信號仿真發(fā)生器，包括控制模塊、通信模塊、信號產(chǎn)生模塊、相位偏移模塊、直流偏移模塊、波數(shù)控制模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于:
[0006]所述信號產(chǎn)生模塊、相位偏移模塊和直流偏移模塊依序連接，信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的信號分兩路，經(jīng)相位偏移模塊和直流偏移模塊，形成設(shè)定相位及相位差和設(shè)定直流偏移的兩路信號，從直流偏移模塊輸出；
[0007]所述直流偏移模塊的輸出信號經(jīng)波數(shù)控制模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊后，輸出兩路設(shè)定輸出波形個數(shù)、相位及相位差、直流偏移的正弦或余弦信號；
[0008]所述控制模塊通過通信模塊，分別與信號產(chǎn)生模塊、相位偏移模塊、直流偏移模塊和波數(shù)控制模塊相連，用于設(shè)置相位及相位差、直流偏移、輸出波形個數(shù)。
[0009]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器還包括噪聲產(chǎn)生模塊，其通過通信模塊與控制模塊相連，由控制模塊設(shè)定其工作參數(shù);噪聲產(chǎn)生模塊的輸出與所述直流偏移模塊輸出相加后，送入波數(shù)控制模塊。
[0010]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的控制模塊運(yùn)行于計算機(jī)中，通過串口與通信模塊相連;信號產(chǎn)生模塊、相位偏移模塊、直流偏移模塊、噪聲產(chǎn)生模塊和波數(shù)控制模塊通過DSP系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn);所述DSP系統(tǒng)是指DSP器件附加電源電路、復(fù)位電路、時鐘電路、DA轉(zhuǎn)換電路、USB串口電路和JTAG接口電路等外圍電路構(gòu)成。
[0011]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的通信模塊為DSP系統(tǒng)的SCI口，通過USB串口與計算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的信號產(chǎn)生模塊根據(jù)DSP系統(tǒng)時鐘分頻來產(chǎn)生不同頻率的信號。
[0013]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的相位偏移模塊通過對信號產(chǎn)生模塊輸出的兩路信號設(shè)定不同的延時，來實(shí)現(xiàn)不同的相移，用于實(shí)現(xiàn)兩路信號相位差的嚴(yán)格控制。
[0014]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的直流偏移模塊通過在原有信號的基礎(chǔ)上添加設(shè)定大小的直流信號，來實(shí)現(xiàn)對信號不同直流偏移的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩路信號直流偏移量的調(diào)節(jié)。
[0015]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的所述噪聲產(chǎn)生模塊通過預(yù)存噪聲數(shù)據(jù)在FLASH模塊中，工作時通過讀取噪聲數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)噪聲生成，以更真實(shí)的模擬實(shí)際的光柵信號。
[0016]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的波數(shù)控制模塊通過對信號波形計數(shù)，當(dāng)波形個數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值時，停止信號輸出，實(shí)現(xiàn)規(guī)定個數(shù)的波形輸出，以用于仿真位移量值。
[0017]進(jìn)一步的，所述光柵信號仿真發(fā)生器的DA轉(zhuǎn)換模塊采用外接于DSP系統(tǒng)SPI口的D/A芯片實(shí)現(xiàn)。
[0018]本發(fā)明提出的光柵信號仿真發(fā)生器能夠能模擬光柵和激光干涉位移測量的實(shí)際情況，輸出兩路獨(dú)立的頻率、幅值、相位、波形個數(shù)和直流偏移均嚴(yán)格可控的正余弦信號，可加載不同程度的隨機(jī)噪聲以模擬實(shí)際情況，并能給出仿真的位移量值，用于光柵和激光干涉位移測量中正余弦信號計數(shù)細(xì)分電路誤差分析和校正補(bǔ)償?shù)难芯俊?br>【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提供的光柵信號仿真發(fā)生器的系統(tǒng)原理框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明提供的光柵信號仿真發(fā)生器具體實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]圖1示出了本發(fā)明提供的光柵信號仿真發(fā)生器的系統(tǒng)原理框圖。主要包括控制模塊、通信模塊、信號產(chǎn)生模塊、相位偏移模塊、直流偏移模塊、噪聲產(chǎn)生模塊、波數(shù)控制模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊。其中，信號產(chǎn)生模塊、相位偏移模塊和直流偏移模塊依序連接，將產(chǎn)生的信號進(jìn)行參數(shù)調(diào)整;再將調(diào)整后的信號與噪聲產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的噪聲信號疊加后輸出到波數(shù)控制模塊，波數(shù)控制模塊可將設(shè)定數(shù)量的波形輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊;數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后輸出；控制模塊經(jīng)通信模塊與信號產(chǎn)生、相位偏移、直流偏移、噪聲產(chǎn)生、波數(shù)控制模塊相連，實(shí)現(xiàn)控制功能。
[0023]工作時，通過控制模塊設(shè)置信號頻率、幅值、相位、直流偏移、噪聲幅值和波形個數(shù)各參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對其它各模塊的參數(shù)控制功能，所述的控制模塊運(yùn)行于計算機(jī)中，通過計算機(jī)傳遞信號參數(shù);其它各模塊則通過DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。通信模塊實(shí)現(xiàn)控制模塊與信號產(chǎn)生、相位偏移、直流偏移、噪聲產(chǎn)生和波數(shù)控制模塊的連接，本實(shí)施例通過USB串口實(shí)現(xiàn)計算機(jī)與DSP芯片SCI的連接，進(jìn)而完成參數(shù)傳遞。信號產(chǎn)生模塊可輸出兩路正弦或余弦信號，這里根據(jù)DSP系統(tǒng)時鐘分頻來產(chǎn)生不同頻率的信號，并經(jīng)放大來實(shí)現(xiàn)不同幅值的設(shè)置。相位偏移模塊可以實(shí)現(xiàn)兩路信號相位的嚴(yán)格控制，這里通過對兩路信號設(shè)定不同的延時來實(shí)現(xiàn)不同的相位差，這樣可以保證輸出的兩路信號有嚴(yán)格可控的相位差;實(shí)際光柵信號總是存在變化的相位差的，這里可以真實(shí)的模擬光柵信號，用于校正光柵信號的相位補(bǔ)償電路和算法。直流偏移模塊可以實(shí)現(xiàn)兩路信號直流偏移量的調(diào)節(jié)，它是通過在原有正余弦信號的基礎(chǔ)上添加設(shè)定大小的信號數(shù)值來實(shí)現(xiàn)信號不同直流偏移的控制。噪聲產(chǎn)生模塊可以產(chǎn)生不同程度的隨機(jī)噪聲，它是將預(yù)先產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)存放于DSP系統(tǒng)內(nèi)部的FLASH中，在需要時讀出相應(yīng)的噪聲數(shù)值，與正弦或余弦信號疊加后輸出到波數(shù)控制模塊;此時的信號能夠更真實(shí)的模擬實(shí)際的光柵信號，達(dá)到更好地仿真效果。波數(shù)控制模塊可以控制輸出的波形的個數(shù)，通過對輸出波形個數(shù)的控制可以對應(yīng)給出仿真的位移量值，這一功能可用于校正光柵信號的計數(shù)電路。D/A轉(zhuǎn)換模塊將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號輸出，D/A轉(zhuǎn)換芯片與DSP的SPI連接。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施例中，如圖2所示給出了光柵信號仿真發(fā)生器具體實(shí)施例的系統(tǒng)組成框圖。主要包括計算機(jī)、USB串口和DSP系統(tǒng)，DSP系統(tǒng)