|
樊磊 西安電子科技大學 呂高登 陜西省計算機與信息研究中心 2009-09-07 來源:電子產品世界 在測試、研究或調整電子元器件、電子電路及設備時，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，模擬實際工作中所用待測設備激勵信號。當進行系統的穩態特性測量時，需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。而進行系統的瞬態特性測試時，又需使用前沿時間、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生器。 用于產生被測電路所需特定參數的電測試信號，本設計可以產生可變頻率及幅度的方波、正弦波及三角波，并通過簡易的方法來對輸出信號頻率和幅度進行自適應調整及功率與外接負載的自動適配，輸出信號參數直接通過液晶顯示屏顯示。 作為一種自適應控制系統，此信號發生器能夠根據受控對象及其工作環境變化，對要求的性能指標與實際系統的性能進行比較,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或次優化工作狀態,從而獲得滿意性能。 系統結構 本系統分為供電模塊、顯示模塊、信號產生及調整電路、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。信號產生及調整單元產生實際測試所需信號，并根據需求對信號相關參數進行自適應調整。功率輸出則對信號產生及調整部分所提供的信號進行功率調整。保護電路則對系統工作時遇到的一些異常情況進行必要的處理。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，并對幅度與頻率進行實時數字顯示。 
系統硬件電路 供電電路 根據實際要求，自行設計了一個穩壓電源。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關型穩壓電源。 信號產生及自適應調整 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生脈沖信號。信號經放大后，可直接通過功率放大部分輸出，也可以輸入到波形調整模塊，產生幅度可調整的正弦波或三角波。之后再通過功率放大輸出。框圖如圖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助完成。自適應調整關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說，若在一定時間間隔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。其中時基信號模塊提供標準秒時鐘，即周期為1s的脈沖信號。門限電路由時基信號控制。時基信號到來時，門限開啟，被測信號通過門限電路送入計數器。時基信號結束時門限關閉，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行對輸出信號頻率進行相應調整，從而實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，并結合相關控制電路對模擬信號進行短暫存儲。之后，采集的數據再經過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，從而實現信號幅度的自適應調整。而在輸出時，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用于測量電流(產生一個比例輸出電壓)的電流檢測電路和一個模擬乘法器。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輸入，而另一輸入則為負載電壓。乘法器輸出一個與負載功率成正比的電壓。功率監控部分再經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行電流采樣。再經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，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程。 結語 此信號發生器方案為工業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單、穩定性高，抗干擾能力強等優點。 參考文獻： [1] 孫肖子, 張企民. 模擬電子技術基礎[M]. 西安: 西安電子科技大學出版社. 2001 [2] 楊頌華, 馮毛官, 孫萬蓉等. 數字電子技術基礎[M]. 西安:西安電子科技大學出版社. 2000 [3] 馬忠梅, 劉濱, 戚軍等.單片機C語言Windows環境編程寶典[M]. 北京:北京航空航天大學出版社. 2003 [4] 劉興堂等. 應用自適應控制[M]. 西安: 西北工業大學出版社. 2003. [5] 李維緹, 郭強. 液晶顯示應用技術[M]. 北京: 電子工業出版社. 2000 |
