一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路的制作方法

文档序号:10745980阅读:938来源:国知局
一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路,包括单片机、数字电位器和MAX038芯片;数字电位器的高电位端与电源VCC相连接,数字电位器的低电位端接地,数字电位器的滑动端与MAX038芯片的占空比调整端相连接,数字电位器的受控端与单片机的输出端相连;模拟电子开关的公共端COM与MAX038芯片的外部电容连接端相连接;模拟电子开关的数控选通端与单片机的输出口相连接;AX038芯片的频率调节输入端接地。本实用新型具有输出信号参数的调节与设定不再依赖种类繁多的拨码开关,系统设计简化,而且用户使用方便,系统的智能化水平高的优点。
【专利说明】
一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种信号源电路,具体是一种可以通过上位机实现输出信号占空 比以及频率等参数数字化调节的信号源电路,属于信号发生与控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 信号源电路系统能产生某些特定的周期性时间函数波形(常见的有正弦波、方波、 三角波、锯齿波和脉冲波等)信号,频率范围可从微赫级到上百兆赫,在电子测量领域有着 广泛的应用。
[0003] 函数信号发生器芯片是常见的实现信号源电路的核心部件,如L8038,BA205等器 件应用都非常广泛,但是它们的功能较少,精度不高,频率上限只有3000kHz,无法产生更高 频率的信号,套接方式也不够灵活,频率和占空比不能独立调节,二者相互影响。美国Maxim 公司生产的MAX038芯片逐渐得到更多的应用,采用该芯片设计信号源电路不但设计简单, 可以生成同一频率信号的各种波形信号,而且能以最少的外部元件构成多波形信号发生 器。
[0004] 但是现有技术中采用AX038芯片实现的信号源电路在输出信号参数调整与设定方 面普遍存在以下两方面缺陷:
[0005] ( -)占空比的调节与设定:通常占空比固定为50%,或者需要通过多个挡位开关 实现手动调节:MAX038芯片7号引脚为占空比调整端,调整该端口电压,即可实现输出波形 占空比15%~85%调整,现有技术中通常是通过多个拨码开关实现MAX038芯片7号引脚电 压的选择(通过一个拨码开关控制某具有特定电压的电节点与MAX038芯片7号引脚的通 断),一个拨码开关对应一个具有特定电压的电节点,显然这会导致电路复杂,并且由于不 能设置太多的挡位开关,因此信号占空比选择有限,不能产生具有各种占空比的信号。
[0006] (二)频率的调节与设定:以MAX038芯片为核心的信号源电路,输出波形频率由10 号引脚(控制电流输入端)的输入电流、5号引脚(外部电容连接端)的电容值和8号引脚(频 率调节输入端)的电压值共同决定,常见场合下,将8号引脚的电压设置为0V,当将8号引脚 的电压为OV时,输出波形频率仅仅由10号引脚的输入电流和5号引脚的电容值决定,并且, 通常是通过切换5号引脚所接电容来完成输出信号自动波段切换(也即是输出信号频率的 大幅度挡位调整),但是目前现有技术中广泛采用的电容切换方式均是手动拨动数个拨码 开关,使得与某个拨码开关对应连接的电容与MAX038芯片的5号引脚相连接,因此系统将使 用至少5个以上的拨码开关实现输出信号频率大幅挡位调整。
[0007] 综上所述,现有技术中信号源电路的参数调节与设定需要依靠大量的手动拨码开 关实现,这使得信号源系统设计复杂,并且由于设置了过多拨码开关也给用户的使用带来 不便。 【实用新型内容】
[0008] 针对现有技术存在的上述不足,本实用新型的目的是怎样提供一种输出信号各项 参数的调节和设定不依赖大量拨码开关,并且系统设计简单,用户使用方便的信号源电路。
[0009] 为了实现上述目的,本实用新型采用了以下的技术方案。
[0010] -种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路,其特征在于:包括单片机、 模拟电子开关、数字电位器、电位器和MAX038芯片;
[0011] 所述MAX038芯片具有第一波形选择端、第二波形选择端、占空比调整端、外部电 容连接端、频率调节输入端、控制电流输入端、基准电压输出端和信号输出端;
[0012] 所述数字电位器的高电位端与电源VCC相连接,数字电位器的低电位端接地,数字 电位器的滑动端与MAX038芯片的占空比调整端相连接,数字电位器的受控端与单片机的输 出端相连;
[0013] 模拟电子开关的第一输入输出口 IOl与第一电容Cl的一端相连接,第一电容Cl的 另一端接地;模拟电子开关的第二输入输出口 102与第二电容C2的一端相连接,第二电容C2 的另一端接地;模拟电子开关的第三输入输出口 103与第三电容C3的一端相连接,第三电容 C3的另一端接地;模拟电子开关的第四输入输出口 104与第四电容C4的一端相连接,第四电 容C4的另一端接地;模拟电子开关的第五输入输出口 105与第五电容C5的一端相连接,第五 电容C5的另一端接地;模拟电子开关的公共端COM与MAX038芯片的外部电容连接端相连接; 模拟电子开关的数控选通端与单片机的输出口相连接;
[0014] 所述电位器的一个固定端与电位器的抽头端相连接,所述电位器的抽头端与所述 MAX038芯片的基准电压输出端相连接,所述电位器的另一个固定端与MAX038芯片的控制电 流输入端相连接,MAX038芯片的频率调节输入端接地;所述单片机通过串口与计算机相连 接。
[0015] 相比现有技术,本实用新型具有如下优点:
[0016] 本实用新型中数字电位器的高电位端与电源VCC相连接,数字电位器的低电位端 接地,数字电位器的滑动端与MAX038芯片的占空比调整端相连接,因此数字电位器实际构 成一个调压器,单片机控制数字电位器的受控端使得数字电位器的滑动端电位得到控制, 因此能够对MAX038芯片输出信号的占空比进行控制,综上,本实用新型中单片机通过向数 字电位器的受控端发送数字信号即可调节信号源电路输出信号的占空比。
[0017] 本实用新型中模拟电子开关的各个输入输出口分别与各个电容的一端相连接, 模拟电子开关的公共端则与MAX038芯片的外部电容连接端相连接,因此模拟电子开关在单 片机的控制下可以任意选通任何一个用于调节输出信号频率的电容,这使得输出信号频率 调整实现数字化。
[0018] 又由于本实用新型中,单片机通过串口与计算机相连接,因此用户可以通过作为 上位机的计算机将需要设定的输出信号参数传递给单片机,单片机再将控制数据用于对数 字电位器和模拟电子开关进行控制实现了输出信号参数的数字化调节与设定,这不仅省去 了大量拨码开关的使用,使得输出信号参数的调节与设定不再依赖种类繁多的拨码开关, 简化了系统设计,而且方便了用户使用,提高了系统的智能化水平。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的电路结构图;
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0021] 如图1所示,一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路,包括单片机、 数字电位器、模拟电子开关、电位器和MAX038芯片;
[0022] MAX038芯片能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波信号。其主要 特点在于:频率范围从〇 . IHz~20MHz,最高可达40MHz,各种波形的输出幅度均为2V (峰峰 值);占空比调节范围宽,占空比和频率均可单独调节,二者互不影响,占空比最大调节范围 是15%~85%;波形失真小,正弦波失真度小于0.75%,占空比调节时非线性度低于2%;采 用±5V双电源供电,允许有5%变化范围,电源电流为80mA,典型功耗400mW,工作温度范围 为0~70ΠΑΧ038芯片具有第一波形选择端、第二波形选择端、占空比调整端、外部电容连 接端、频率调节输入端、控制电流输入端、基准电压输出端和信号输出端。其中,MAX038芯片 7号引脚为占空比调整端,调整该端口电压,即可实现输出波形占空比15%~85%调整,当 该端口电压为0时,输出波形占空比为50%。输出波形频率由10号引脚(控制电流输入端)的 输入电流、5号引脚(外部电容连接端)的电容值和8号引脚(频率调节输入端)的电压值共同 决定,常见场合下,将8号引脚的电压设置为0V,当将8号引脚的电压为OV时,输出波形频率 仅仅由10号引脚的输入电流和5号引脚的电容值决定(公式为f = I/C,其中,f为输出信号频 率,I为控制电流输入端输入电流,C为外部电容连接端所接电容的电容值),并且通常是通 过切换5号引脚所接电容来完成输出信号自动波段切换(也即是输出信号频率的大幅度挡 位调整)。
[0023] 模拟电子开关采用⑶4051芯片。CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关,有A、B 和C三个二进制数控选通端,CD4051具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5~20V 的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号三位二进制信号可以选通8通道中的一个通道, 连接该输入端至公共端。
[0024]数字电位器为X9313芯片,该数字电位器具有如下引脚:"增加输入引脚, "升降输入引脚而","高电位端VH","低电位端VL","地端VSS","滑动端VW"和"片选输入 端石",其中"增加输入引脚","升降输入引脚"和"片选输入端己"为数字电位 器的受控端。单片机采用普通单片机即可。
[0025]具体电路连接关系是:
[0026](一)与占空比调整有关的电路结构
[0027]数字电位器的高电位端与电源VCC相连接,数字电位器的低电位端接地,数字电位 器的滑动端与MAX038芯片的占空比调整端相连接,数字电位器的受控端与单片机的输出端 相连。
[0028](二)与频率调节有关的电路结构
[0029]模拟电子开关的第一输入输出口 IOl与第一电容Cl的一端相连接,第一电容Cl的 另一端接地;
[0030]模拟电子开关的第二输入输出口 102与第二电容C2的一端相连接,第二电容C2的 另一端接地;
[0031]模拟电子开关的第三输入输出口 103与第三电容C3的一端相连接,第三电容C3的 另一端接地;
[0032]模拟电子开关的第四输入输出口 104与第四电容C4的一端相连接,第四电容C4的 另一端接地;
[0033]模拟电子开关的第五输入输出口 105与第五电容C5的一端相连接,第五电容C5的 另一端接地;
[0034]模拟电子开关的公共端COM与MAX038芯片的外部电容连接端相连接;模拟电子开 关的数控选通端与单片机的输出口相连接;
[0035] 所述电位器的一个固定端与电位器的抽头端相连接,电位器的抽头端与MAX038芯 片的基准电压输出端相连接,所述电位器的另一个固定端与MAX038芯片的控制电流输入端 相连接,MAX038芯片的频率调节输入端接地。
[0036](三)与波形选择有关的电路结构
[0037]为了实现各种输出波形选择,MAX038芯片的第一波形选择端和第二波形选择端均 与单片机的输出端相连接。
[0038]此外,由于MAX038的各种输出波形的峰峰幅值均为2V,为了适合不同应用场合,为 其添加一级放大滤波电路,MAX038芯片的信号输出端与放大滤波电路的输入端相连接。 [0039] 本实用新型工作原理如下:
[0040](一)占空比的调整
[0041]以上数字电位器的连接构成了一个调压电路,调压电路的输出端为数字电位器的 滑动端VW,由于数字电位器的高电位端与电源VCC相连接,数字电位器的低电位端接地,因 此数字电位器的滑动端VW电压可在电源电压(5V)与地电压(OV)之间变化,调节精度由所选 数字电位器的抽头数决定,本实用新型【具体实施方式】所举例的X9313芯片调节精度为0.6V。 具体工作时,增加输入引脚^由下降沿触发,该引脚上出现的下降沿将使得滑动端VW朝 内部计数器增加或减小的方向移动,升降输入引脚^上的逻辑电平控制着数字电位器滑 动端VW移动的方向;增加输入引脚^和升降输入引脚i历的信号均由单片机提供,从而 实现数字电位器的滑动端VW电压在5V与OV之间连续调节。由于数字电位器的滑动端与 MAX038芯片的占空比调整端相连接,因此单片机能通过调整调压电路(由数字电位器构成) 的输出电压实现MAX038芯片输出信号的占空比数字化控制。具体的MAX038芯片的占空比调 整端电压与输出信号占空比之间的关系是:V= (50%-D) X0.0575,式中D表示输出信号占 空比。
[0042]当然上述原理中单片机发送的用于控制数字电位器受控端的数据来源于用户通 过上位机发送给单片机的数据,因此用户只需要在作为上位机的计算机上进行相关参数设 置即可,而不必使用大量的拨码开关。
[0043] (二)频率调节
[0044] 单片机通过其输出口向模拟电子开关的数控选通端(A、B和C三个二进制数控选通 端)发送选通信号可以分别选中第一输入输出口 IOl、第二输入输出口 102和第三输入输出 口 103,被选中的输入输出口被连接到公共端C0M,例如当A、B和C信号为000时,第一输入输 出口 IOl被选中,连接到公共端C0M,当A、B和C信号为001时,第二输入输出口 102被选中,连 接到公共端COM。进而由于模拟电子开关的各个输入输出口分别与各个电容的一端相连接, 模拟电子开关的公共端则与MAX038芯片的外部电容连接端相连接,因此模拟电子开关在 单片机的控制下可以任意选通任何一个用于调节输出信号频率的电容,根据前述公式(f = Ι/C)即可确定输出信号频率,计算依据如下:
[0045] (1)MAX038芯片控制电流输入端输入电流I:由电位器控制(电位器连接成变阻式, 电位器的一个固定端与电位器的抽头端相连接,并且抽头端与MAX038芯片的基准电压输出 端相连接,因此MAX038芯片控制电流输入端输入电流I由电位器阻值决定,本实用新型中将 该电流设定为20-200uA)。
[0046] (2)外部电容连接端所接电容C:任选第一电容Cl至第五电容C5实现5个输出信号 波段选择,具体的第一电容Cl至第五电容C5分别设定为10000??、1000??、269??、48和30??, 则对应频率段范围为:2kHz-20kHz、20kHz-200kHz、200kHz-2MHz、2MHz-8MHz 和 8MHz-l 3MHz。
[0047] 当然,也可以设置更多路数的电容使得可选择挡位更多,如果8路挡位仍然不满足 需求,则可设置另一片或者多片模拟电子开关,所有模拟电子开关在电路中的连接方式均 相同,但是通常5路挡位电容已经足够。
[0048] 当然用户也是通过与单片机连接的上位机来发送控制参数实现模拟电子开关的 控制,上位机只需要在其界面设定输出信号波段范围(5个挡位中的某一个),上位机计算出 该挡位对应的模拟电子开关数控选通端需要的数据,将该数据传递给单片机,单片机发送 数据即可实现波段选择。
[0049] 需要说明的是输出信号频率的微调是可以通过MAX038芯片8号引脚(频率调节输 入端)上的电压的调节来实现的,具体的可以采用电位器来实现,但是通常情况为了简化设 计也会将该脚直接地。
[0050] (二)波形选择
[0051]此外本实用新型的波形选择可以通过MAX038芯片具有第一波形选择端和第二波 形选择端的电位来实现。第一波形选择端和第二波形选择端均与单片机的输出端相连接以 实现获取电平值,显然用户也可以通过上位机实现波形的选择。
[0052]综上,上位机可以通过单片机实现对系统输出信号的占空比、频率、波形三种重要 参数的集中调节与设定,这大大方便了用户的使用。
[0053]最后说明的是,以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管参 照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本 实用新型的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范 围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路,其特征在于:包括单片机、模 拟电子开关、数字电位器、电位器和MAX038芯片; 所述MAX038芯片具有第一波形选择端、第二波形选择端、占空比调整端、外部电容连接 端、频率调节输入端、控制电流输入端、基准电压输出端和信号输出端; 所述数字电位器的高电位端与电源VCC相连接,数字电位器的低电位端接地,数字电位 器的滑动端与MAX038芯片的占空比调整端相连接,数字电位器的受控端与单片机的输出端 相连; 模拟电子开关的第一输入输出口 101与第一电容C1的一端相连接,第一电容C1的另一 端接地;模拟电子开关的第二输入输出口 102与第二电容C2的一端相连接,第二电容C2的另 一端接地;模拟电子开关的第三输入输出口 103与第三电容C3的一端相连接,第三电容C3的 另一端接地;模拟电子开关的第四输入输出口 104与第四电容C4的一端相连接,第四电容C4 的另一端接地;模拟电子开关的第五输入输出口 I〇5与第五电容C5的一端相连接,第五电容 C5的另一端接地;模拟电子开关的公共端COM与MAX038芯片的外部电容连接端相连接;模拟 电子开关的数控选通端与单片机的输出口相连接; 所述电位器的一个固定端与电位器的抽头端相连接,所述电位器的抽头端与所述 MAX038芯片的基准电压输出端相连接,所述电位器的另一个固定端与MAX038芯片的控制电 流输入端相连接,MAX038芯片的频率调节输入端接地;所述单片机通过串口与计算机相连 接。2. 根据权利要求1所述的一种可以通过上位机调节输出信号参数的信号源电路,其特 征在于,所述MAX038芯片的信号输出端与放大滤波电路的输入端相连接。
【文档编号】G05B19/042GK205427529SQ201620208277
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】霍福翠
【申请人】重庆电子工程职业学院
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