本发明涉及测试设备或仿真领域，具体的说，是基于dds的航空发动机转速传感器模拟装置及方法。
背景技术：
在航空发动机控制领域，转速传感器是航空发动机测量转速的重要成附件，其特点是：其信号的频率、幅度随发动机转速增加而增大。目前，在测试设备或实验室模拟仿真时，该信号由标准信号发生器产生，其幅度和真实的发动机转速信号不一致；另外目前发动机电子控制器均要检测转速传感器阻抗，然而标准信号发生器的输出阻抗和真实传感器一般不同，并且其灵活性、兼容性和阻抗匹配性较差，存在较难程控和系统集成的缺点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于dds的航空发动机转速传感器模拟装置，不仅结构简单，操作方便，而且能够克服标准信号发生器产生的幅度和真实的发动机转速信号不一致；输出阻抗和真实传感器一般不同；灵活性、兼容性和阻抗匹配性较差，存在较难程控和系统集成的缺点。
本发明的另一个目的在于提供一种基于dds的航空发动机转速传感器模拟方法，利用简单的方法步骤即可实现对航空发动机转速传感器的真实模拟。
本发明通过下述技术方案实现：基于dds的航空发动机转速传感器模拟装置，包括工控机，用于下达转数数值指令；数字式频率合成器，用于把转数数值生成对应频率的正弦信号；滤波模块，用于对正弦信号进行滤波，以得到直流分量的正弦信号；幅度放大模块，用于将直流分量的正弦信号幅度放大到需求值；隔离和阻抗匹配模块，用于将幅度放大的信号隔离和匹配后输出；单片机控制模块，用于对所述数字式频率合成器和幅度放大模块进行控制；所述数字式频率合成器、滤波模块、幅度放大模块、隔离和阻抗匹配模块依次连接；所述单片机控制模块分别与数字式频率合成器、幅度放大模块、工控机连接。
其工作原理：工控机通过总线传输方式下达转速数值指令给单片机控制模块，单片机控制模块根据该转速数值，结合数字式频率合成器的特性计算出该转速下的频率控制字，再选择正弦类型的控制字，通过2个控制字控制数字式频率合成器产生对应频率的正弦信号，该正弦信号通过滤波模块滤波，滤出直流分量，然后将该正弦信号送达幅度放大模块，单片机控制模块根据该转速下的幅度需求值，控制幅度放大模块将该正弦信号的幅度放大到该需求值，再经过隔离和阻抗匹配模块输出该正弦信号。该装置产生的信号源，可操作性强，可灵活更变，操作方便，而且成本也不高。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述数字式频率合成器为芯片ad9833。这里采用芯片ad9833作为数字式频率合成器，是因为ad9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器组成，每来1个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°—360°范围内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，去dac输出模拟量，相位寄存器每经过228/m个mclk时钟后回到初始状态，相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，这样就能输出一个正弦波，而输出正弦波频率为：
fout=m(fmclk/288)
为了更好的实现本发明，进一步地，所述滤波模块主要由第一滤波电容和第二滤波电容组成。采用两个电容组成滤波模块进行滤波，简单且实用，能有效把正弦信号过滤出直流分量。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述幅度放大模块主要由第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器和芯片dac0832组成；所述第一运算放大器的输入端通过第一滤波电容连接芯片ad9833的输出端；所述第二运算放大器的输入端连接第一运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端通过第二滤波电容连接芯片dac0832的输入端；所述第三运算放大器的输入端与芯片dac0832的输出端连接，第三运算放大器的输出端与第四运算放大器的输入端连接；所述第四运算放大器的输出端与隔离和阻抗匹配模块。经幅度放大模块放大到需要的最大幅度值，再经单片机模块，控制dac0832，能够精准地将最大幅度值信号的幅度进行28=256等份缩小控制。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述运算放大器的型号为lm324。这里采用lm324是因为lm324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述单片机控制模块采用atmega16l芯片。基于增强的avrrisc结构的低功耗8位cmos微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，atmega16的数据吞吐率高达1mips/mhz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
基于dds的航空发动机转速传感器模拟方法，包括以下几个步骤：
步骤s1：工控机通过总线传输方式下达转速数值指令给单片机控制模块；
步骤s2：单片机控制模块根据该转速数值控制数字式频率合成器产生对应频率的正弦信号；
步骤s3：步骤s2中的正弦信号通过滤波模块滤波，滤出直流分量，然后将该正弦信号送达到幅度放大模块，单片机控制模块控制幅度放大模块，将正弦信号的幅度放大到需求值；
步骤s4：将步骤s3中所得正弦信号通过隔离和阻抗匹配模块将信号隔离和阻抗匹配后输出该信号。以该方法步骤设计的信号源，可操作性强，可灵活更变，兼容性好，且信号的模拟仿真效果好。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤s2的具体方法为：单片机控制模块根据该转速数值，结合数字式频率合成器的特性计算出该转速下的频率控制字，再选择正弦类型的控制字，通过2个控制字控制数字式频率合成器产生对应频率的正弦信号；所述数字式频率合成器为芯片ad9833。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过基于dds设计的航空发动机转数传感器模拟装置及方法，不仅装置结构简单，操作步骤简便，而且能够有效克服标准信号发生器产生的幅度和真实的发动机转速信号不一致；输出阻抗和真实传感器一般不同；灵活性、兼容性和阻抗匹配性较差，存在较难程控和系统集成的缺点。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为本发明的单片机控制模块电路原理图；
图4为本发明的软件流程图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的基于dds的航空发动机转速传感器模拟装置，如图1和图2所示：包括工控机，用于下达转数数值指令；数字式频率合成器，用于把转数数值生成对应频率的正弦信号；滤波模块，用于对正弦信号进行滤波，以得到直流分量的正弦信号；幅度放大模块，用于将直流分量的正弦信号幅度放大到需求值；隔离和阻抗匹配模块，用于将幅度放大的信号隔离和匹配后输出；单片机控制模块，用于对所述数字式频率合成器和幅度放大模块进行控制；所述数字式频率合成器、滤波模块、幅度放大模块、隔离和阻抗匹配模块依次连接；所述单片机控制模块分别与数字式频率合成器、幅度放大模块、工控机连接。
其工作原理：工控机通过总线传输方式下达转速数值指令给单片机控制模块，单片机控制模块根据该转速数值，结合数字式频率合成器的特性计算出该转速下的频率控制字，再选择正弦类型的控制字，通过2个控制字控制数字式频率合成器产生对应频率的正弦信号，该正弦信号通过滤波模块滤波，滤出直流分量，然后将该正弦信号送达幅度放大模块，单片机控制模块根据该转速下的幅度需求值，控制幅度放大模块将该正弦信号的幅度放大到该需求值，再经过隔离和阻抗匹配模块输出该正弦信号。该装置产生的信号源，可操作性强，可灵活更变，操作方便，而且成本也不高。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示：所述数字式频率合成器为芯片ad9833。这里采用芯片ad9833作为数字式频率合成器，是因为ad9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器组成，每来1个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°—360°范围内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，去dac输出模拟量，相位寄存器每经过228/m个mclk时钟后回到初始状态，相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，这样就能输出一个正弦波，而输出正弦波频率为：
fout=m(fmclk/288)
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在实施例2的基础上做进一步优化，如图2所示：所述滤波模块主要由第一滤波电容和第二滤波电容组成。采用两个电容组成滤波模块进行滤波，简单且实用，能有效把正弦信号过滤出直流分量。
所述幅度放大模块主要由第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器和芯片dac0832组成；所述第一运算放大器的输入端通过第一滤波电容连接芯片ad9833的输出端；所述第二运算放大器的输入端连接第一运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端通过第二滤波电容连接芯片dac0832的输入端；所述第三运算放大器的输入端与芯片dac0832的输出端连接，第三运算放大器的输出端与第四运算放大器的输入端连接；所述第四运算放大器的输出端与隔离和阻抗匹配模块。经幅度放大模块放大到需要的最大幅度值，再经单片机模块，控制dac0832，能够精准地将最大幅度值信号的幅度进行28=256等份缩小控制。
所述运算放大器的型号为lm324。这里采用lm324是因为lm324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
本实施例的其他部分与实施例2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在实施例3的基础上做进一步优化，如图3所示：所述单片机控制模块采用atmega16l芯片。基于增强的avrrisc结构的低功耗8位cmos微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，atmega16的数据吞吐率高达1mips/mhz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
本实施例的其他部分与实施例3相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例中的一种基于dds的航空发动机转速传感器模拟装置，如图1-3所示：包括工控机，用于下达转数数值指令；数字式频率合成器，用于把转数数值生成对应频率的正弦信号；滤波模块，用于对正弦信号进行滤波，以得到直流分量的正弦信号；幅度放大模块，用于将直流分量的正弦信号幅度放大到需求值；隔离和阻抗匹配模块，用于将幅度放大的信号隔离和匹配后输出；单片机控制模块，用于对所述数字式频率合成器和幅度放大模块进行控制；所述数字式频率合成器、滤波模块、幅度放大模块、隔离和阻抗匹配模块依次连接；所述单片机控制模块分别与数字式频率合成器、幅度放大模块、工控机连接。
所述数字式频率合成器为芯片ad9833。
所述滤波模块主要由第一滤波电容和第二滤波电容组成。
所述幅度放大模块主要由第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器和芯片dac0832组成；所述第一运算放大器的输入端通过第一滤波电容连接芯片ad9833的输出端；所述第二运算放大器的输入端连接第一运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端通过第二滤波电容连接芯片dac0832的输入端；所述第三运算放大器的输入端与芯片dac0832的输出端连接，第三运算放大器的输出端与第四运算放大器的输入端连接；所述第四运算放大器的输出端与隔离和阻抗匹配模块。
所述运算放大器的型号为lm324。
所述单片机控制模块采用atmega16l芯片。
其工作时：主要是单片机控制模块控制数字式频率合成器(dds)，根据该芯片(ad9833芯片)的特点写三个寄存器的值：控制寄存器、频率和相位寄存器，从而产生相应波形和相应频率。该发明产生正弦类波形。信号源产生后，经幅度放大模块放大到需要的最大幅度值，再经单片机模块，控制dac0832，将最大幅度值信号的幅度可28=256等份缩小控制(类似数字电位器)。最后经隔离和阻抗匹配输出。变压器输出侧阻抗可根据输出阻抗要求可绕制匹配；同时也可根据输出电压最大幅度的要求，设置变压器的变比。
具体的，如图4所示：其软件流程图为，首先对总线dsp、spi初始化，ad9833初始化，等待8/9个mclk后dac输出，dac输出值改变其信号的相位，若是相位改变，则进行下一步改变pselect，若是pselect改变则选择数据源，若是pselect未改变，则改变相位寄存器数据，相位寄存器数据改变后进行下一步数据写。
若是相位未改变，则改变频率，若是频率未改变则返回到改变相位步骤，若是频率改变则改变fselect，若是fselect改变进行下一步选择数据源，若是fselect未改变，则改变频率寄存器数据，频率寄存器数据改变后进行下一步数据写。而数据写后进行选择数据源步骤，选择数据源步骤后又到达等待8/9个mclk步骤。
实施例5：
本实施例中基于dds的航空发动机转速传感器模拟方法，包括以下几个步骤：步骤s1：工控机通过总线传输方式下达转速数值指令给单片机控制模块；
步骤s2：单片机控制模块根据该转速数值控制数字式频率合成器产生对应频率的正弦信号；
步骤s3：步骤s2中的正弦信号通过滤波模块滤波，滤出直流分量，然后将该正弦信号送达到幅度放大模块，单片机控制模块控制幅度放大模块，将正弦信号的幅度放大到需求值；
步骤s4：将步骤s3中所得正弦信号通过隔离和阻抗匹配模块将信号隔离和阻抗匹配后输出该信号。以该方法步骤设计的信号源，可操作性强，可灵活更变，兼容性好，且信号的模拟仿真效果好。
所述步骤s2的具体方法为：单片机控制模块根据该转速数值，结合数字式频率合成器的特性计算出该转速下的频率控制字，再选择正弦类型的控制字，通过2个控制字控制数字式频率合成器产生对应频率的正弦信号；所述数字式频率合成器为芯片ad9833。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。