正弦波生成电路和音频盾的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种正弦波生成电路和具有该正弦波生成电路的音频盾，该正弦波生成电路包括电源输入端、微控制器、波形产生模块、滤波整形模块和正弦波输出端。本实用新型通过波形产生模块根据微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出的高电平或低电平信号，对应的在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号，并将该方波信号通过滤波整形模块进行滤波整形后输出正弦波信号。从而在音频盾与音频设备通信时，正弦波生成电路输出平滑稳定的正弦波信号至音频设备，提高了音频盾通信的速度和可靠性。同时，本实用新型的正弦波生成电路不需要进行D/A转换，电路结构简单合理，且设计成本低廉。
【专利说明】正弦波生成电路和音频盾
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信【技术领域】，尤其涉及一种正弦波生成电路和音频盾。
【背景技术】
[0002]目前，音频盾大多通过正弦波生成电路生成正弦波信号，将正弦波信号发送给音频设备与音频设备通信，然而，现有的正弦波生成电路通过数/模转换器(DAC)将数字方波信号转换为模拟正弦波信号，这种利用D/A转换实现的正弦波生成电路的结构和设计方案都比较复杂，设计成本较高。
实用新型内容
[0003]本实用新型的主要目的是提出一种正弦波生成电路和音频盾，旨在简化正弦波生成电路的结构，降低设计成本，同时提高音频盾通信的速度和可靠性。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型提出一种正弦波生成电路，该正弦波生成电路包括:
[0005]电源输入端，用于输入电源电压；
[0006]微控制器，用于在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出高电平或低电平信号；
[0007]波形产生模块，用于根据所述微控制器输出信号状态，在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号；
[0008]滤波整形模块，用于将所述方波信号滤波整形后输出正弦波信号；以及
[0009]正弦波输出端，用于将所述正弦波信号输出；其中，
[0010]所述电源输入端分别与所述微控制器和所述波形产生模块的供电端连接，所述波形产生模块连接于所述微控制器和所述滤波整形模块之间，所述滤波整形模块的输出端与所述正弦波输出端连接。
[0011]优选地，所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序依次输出高电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号；所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口逆序依次输出高电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号；所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序依次输出低电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号，所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口逆序依次输出低电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号。
[0012]优选地，所述波形产生模块包括用于取样所述微控制器输出的高电平或低电平信号的信号取样单元，以及串联连接的第一偏置单元和第二偏置单元；
[0013]所述第一偏置单元的一端与所述电源输入端连接，另一端与所述第二偏置单元连接，所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端与所述滤波整形模块的输入端连接，且经由所述信号取样单元与所述微控制器的输入输出口连接；所述微控制器输出高电平信号时，所述信号取样单元与所述第一偏置单元并联，所述微控制器输出低电平信号时，所述信号取样单元与所述第二偏置单元并联。
[0014]优选地，所述信号取样单元包括至少两个取样电阻，所述微控制器包括至少两个输入输出口 ；所述取样电阻的一端与所述微控制器的一输入输出口对应连接，所述取样电阻的另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接。
[0015]优选地，所述信号取样单元包括第一取样电阻、第二取样电阻、第三取样电阻和第四取样电阻，所述微控制器包括电源脚、地引脚、第一输入输出口、第二输入输出口、第三输入输出口和第四输入输出口；
[0016]所述第一取样电阻的一端与所述第一输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述第二取样电阻的一端与所述第二输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述第三取样电阻的一端与所述第三输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述第四取样电阻的一端与所述第四输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述电源脚与所述电源输入端连接，所述地引脚接地。
[0017]优选地，所述第一取样电阻、所述第二取样电阻、所述第三取样电阻、所述第四取样电阻的阻值不相等。
[0018]优选地，所述第一偏置单元包括第一偏置电阻，所述第二偏置单元包括第二偏置电阻；所述第一偏置电阻的一端与所述电源输入端连接，所述第一偏置电阻的另一端经由所述第二偏置电阻接地，所述第一偏置电阻和所述第二偏置电阻的公共连接节点与所述信号取样单元的输出端连接，且与所述滤波整形模块的输入端连接。
[0019]优选地，所述第一偏置电阻、所述第二偏置电阻的阻值相等。
[0020]优选地，所述滤波整形模块包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述波形产生模块的输出端连接，且与所述正弦波输出端连接，所述滤波电容的另一端接地。
[0021]本实用新型进一步还提出一种音频盾，该音频盾包括正弦波生成电路，该正弦波生成电路包括:
[0022]电源输入端，用于输入电源电压；
[0023]微控制器，用于在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出高电平或低电平信号；
[0024]波形产生模块，用于根据所述微控制器输出信号状态，在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号；
[0025]滤波整形模块，用于将所述方波信号滤波整形后输出正弦波信号；以及
[0026]正弦波输出端，用于将所述正弦波信号输出；其中，
[0027]所述电源输入端分别与所述微控制器和所述波形产生模块的供电端连接，所述波形产生模块连接于所述微控制器和所述滤波整形模块之间，所述滤波整形模块的输出端与所述正弦波输出端连接。
[0028]本实用新型提出的正弦波生成电路，通过波形产生模块根据微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出的高电平或低电平信号，对应的在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号，并将该方波信号通过滤波整形模块进行滤波整形后输出正弦波信号。本实用新型的正弦波生成电路不需要进行D/A转换，电路结构简单合理，且设计成本低廉。从而在音频盾与音频设备通信时，正弦波生成电路输出平滑稳定的正弦波信号至音频设备，提高了音频盾通信的速度和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型正弦波生成电路一实施例的原理框图；
[0030]图2为本实用新型正弦波生成电路另一实施例的原理框图；
[0031]图3为本实用新型正弦波生成电路一具体实施例的电路结构示意图；
[0032]图4为本实用新型正弦波生成电路生成的方波信号和正弦波信号的波形图。
[0033]本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0034]以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0035]本实用新型提出一种正弦波生成电路。
[0036]参照图1，图1为本实用新型正弦波生成电路一实施例的原理框图。
[0037]本实施例中，该正弦波生成电路包括电源输入端Vin、微控制器10、波形产生模块20、滤波整形模块30和正弦波输出端Vout。电源输入端Vin用于输入电源电压VCC，该电源电压VCC为正弦波生成电路正常工作所需的工作电压(如3.3V)，微控制器10用于在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出高电平或低电平信号，波形产生模块20用于根据微控制器10输出信号状态(即输出高电平或低电平信号的情况),在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号，滤波整形模块30用于将该方波信号滤波整形后输出正弦波信号，正弦波输出端Vout用于将该正弦波信号输出。
[0038]其中，电源输入端Vin分别与微控制器10和波形产生模块20的供电端连接，波形产生模块20连接于微控制器10和滤波整形模块30之间，滤波整形模块30的输出端与正弦波输出端Vout连接。
[0039]在本实施例中，正弦波生成电路中微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出高电平或低电平信号，波形产生模块20根据微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出的高电平或低电平信号，能够对应的在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号，不需要进行D/A转换。
[0040]具体地，微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序依次输出高电平信号时，波形产生模块20在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号；微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口逆序依次输出高电平信号时，波形产生模块20在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号；微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序依次输出低电平信号时，波形产生模块20在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号，微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口逆序依次输出低电平信号时，波形产生模块20在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号。[0041]例如，在一个正弦周期中，在第一个四分之一正弦周期时，微控制器10从第一个输入输出口到最后一个输入输出口(即顺序)依次输出高电平信号，波形产生模块20在第一个四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号，此时的方波信号分为至少两个幅度，即若微控制器10通过两个输入输出口依次输出高电平信号时，此时的方波信号分为两个幅度，若微控制器10通过三个输入输出口依次输出高电平信号时，此时的方波信号分为三个幅度，依此类推；在第二个四分之一正弦周期时，微控制器10从最后一个输入输出口到第一个输入输出口(即逆序)依次输出高电平信号，波形产生模块20在第二个四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号，此时的方波信号也分为至少两个幅度；在第三个四分之一正弦周期时，微控制器10从第一个输入输出口到最后一个输入输出口(即顺序)依次输出低电平信号，波形产生模块20在第三个四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号，此时的方波信号也分为至少两个幅度；在第四个四分之一正弦周期时，微控制器10从最后一个输入输出口到第一个输入输出口(即逆序)依次输出低电平信号，波形产生模块20在第四个四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号，此时的方波信号也分为至少两个幅度。从而在一个正弦周期内，波形产生模块20产生的幅值不等(递增或递减)的方波信号构成一个形状类似于正弦波的波形。
[0042]正弦波生成电路中，滤波整形模块30对波形产生模块20输出的方波信号进行滤波整形，使得通过滤波整形模块30后输出的波形变得平滑，形成平滑的正弦波，从而使得通过正弦波输出端Vout输出的正弦波信号平滑稳定。
[0043]相对于现有技术，本实用新型的正弦波生成电路，通过波形产生模块20据微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出的高电平或低电平信号，对应的在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号，并将该方波信号通过滤波整形模块30进行滤波整形后输出正弦波信号。本实用新型的正弦波生成电路不需要进行D/A转换，电路结构简单合理，且设计成本低廉。
[0044]再参照图2，图2为本实用新型正弦波生成电路另一实施例的原理框图。
[0045]基于上述实施例，本实用新型另一实施例中，如图2所示，上述波形产生模块20包括信号取样单元21、第一偏置单元22和第二偏置单元23 ;信号取样单元21用于取样微控制器10输出的高电平或低电平信号。
[0046]第一偏置单元22和第二偏置单元23串联，第一偏置单元22的一端与电源输入端Vin连接，第一偏置单元22的另一端与第二偏置单元23连接，第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端与滤波整形模块30的输入端连接，且经由信号取样单元21与微控制器10的输入输出口连接；微控制器10输出高电平信号时，信号取样单兀21与第一偏置单兀22并联,微控制器10输出低电平信号时，信号取样单兀21与第二偏置单兀23并联。
[0047]图2中，信号取样单元21获取微控制器10的输入输出口输出的高电平信号或者低电平信号，在微控制器10的输入输出口没有输出信号时，第一偏置单兀22和第二偏置单元23串联，电源输入端Vin输入的电源电压VCC经过第一偏置单元22和第二偏置单元23分压后，得到一参考电压输出至滤波整形模块30 ;在微控制器10的输入输出口输出高电平信号时，第一偏置单元22与信号取样单元21并联后构成的并联支路与第二偏置单元23串联，此时电源电压VCC经过分压后输出至滤波整形模块30的电压大于上述参考电压；在微控制器10的输入输出口输出低电平信号时，第二偏置单兀23与信号取样单兀21并联后构成的并联支路与第一偏置单元22串联，此时电源电压VCC经过分压后输出至滤波整形模块30的电压小于上述参考电压。
[0048]从而不难理解的是，当微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序或逆序依次输出高电平信号时，波形产生模块20对应生成的幅度递增或递减的方波信号的幅值均大于上述参考电压；当微控制器10在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序或逆序依次输出低电平信号时，波形产生模块20对应生成的幅度递减或递增的方波信号的幅值均小于上述参考电压。
[0049]再参照图3，图3为本实用新型正弦波生成电路一具体实施例的电路结构示意图。
[0050]本实用新型图3所示具体实施电路中，信号取样单元21包括至少两个取样电阻，微控制器10包括至少两个输入输出口 ；取样电阻的一端与微控制器10的一输入输出口对应连接，取样电阻的另一端与第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端连接。
[0051]具体地，图3中上述信号取样单元21包括第一取样电阻R1、第二取样电阻R2、第三取样电阻R3和第四取样电阻R4，微控制器10包括电源脚VDD、地引脚GND、第一输入输出口 GP101、第二输入输出口 GP102、第三输入输出口 GP103和第四输入输出口 GP104。
[0052]第一取样电阻Rl的一端与第一输入输出口 GPIOl连接，第一取样电阻Rl的另一端与第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端连接；第二取样电阻R2的一端与第二输入输出口 GP102连接，第二取样电阻R2的另一端与第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端连接；第三取样电阻R3的一端与第三输入输出口 GP103连接，第三取样电阻R3的另一端与第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端连接；第四取样电阻R4的一端与第四输入输出口 GP104连接，第四取样电阻R4的另一端与第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端连接；电源脚VDD与电源输入端Vin连接，地引脚GND接地。
[0053]本实用新型实施例仅仅以信号取样单元21包括第一取样电阻R1、第二取样电阻R2、第三取样电阻R3和第四取样电阻R4四个取样电阻，对应地利用四个输入输出口依次向信号取样单元21输出高电平或低电平信号为例进行说明，本领域技术人员应当理解的是，当微控制器10的输入输出口资源不够时，也可以利用两个输入输出口和两个取样电阻组合，或者三个输入输出口和三个取样电阻组合来实现。同理，当微控制器10的输入输出口资源富余时，还可以利用四个以上的输入输出口和四个以上的取样电阻组合来实现。而且由于输入输出口和取样电阻的数量越多时，波形产生模块20在四分之一正弦周期内生成的方波信号包含的幅度数量越多，例如利用六个输入输出口和六个取样电阻组合来实现时，波形产生模块20在四分之一正弦周期内生成的方波信号包含六个幅度，利用八个输入输出口和八个取样电阻组合来实现时，波形产生模块20在四分之一正弦周期内生成的方波信号包含八个幅度，因此在一个正弦周期内，波形产生模块20产生的幅值不等(递增或递减)的方波信号构成的波形越趋于正弦波。
[0054]具体地，第一取样电阻R1、第二取样电阻R2、第三取样电阻R3、第四取样电阻R4的阻值不相等。
[0055]信号取样单元21中各取样电阻的阻值不相等，使得波形产生模块20在四分之一正弦周期内生成的方波信号含有多个幅度，而且方波信号的幅度呈递增或递减趋势变化，本实施例优选地第一取样电阻R1、第二取样电阻R2、第三取样电阻R3、第四取样电阻R4的阻值之间的关系为R1 > R2 > R3 > R4，其中R1为第一取样电阻Rl的阻值,R2为第二取样电阻R2的阻值，R3为第三取样电阻R3的阻值，R4为第四取样电阻R4的阻值。
[0056]具体地，上述第一偏置单元22包括第一偏置电阻R5，上述第二偏置单元23包括第二偏置电阻R6 ;第一偏置电阻R5的一端与电源输入端Vin连接,第一偏置电阻R5的另一端经由第二偏置电阻R6接地，第一偏置电阻R5和第二偏置电阻R6的公共连接节点作为第一偏置单元22和第二偏置单元23的公共端，与信号取样单元21的输出端连接，且与滤波整形模块30的输入端连接。
[0057]具体地，第一偏置电阻R5、第二偏置电阻R6的阻值相等。本实施例中，第一偏置电阻R5的阻值R5等于第二偏置电阻R6的阻值R6,使得在微控制器10输出高电平信号时，波形产生模块20产生的方波信号幅度，与微控制器10输出低电平信号时，波形产生模块20产生的方波信号幅度相对于上述参考电压对称。
[0058]具体地，上述滤波整形模块30包括滤波电容Cl，滤波电容Cl的一端与波形产生模块20的输出端连接，且与正弦波输出端Vout连接，滤波电容Cl的另一端接地。波形产生模块20产生的方波信号经过滤波电容Cl滤波整形后，通过正弦波输出端Vout输出平滑稳定的正弦波信号。
[0059]下面结合图1至图4，以第一取样电阻R1、第二取样电阻R2、第三取样电阻R3、第四取样电阻R4的阻值之间的关系为R1 > R2 > R3 > R4为例，对本实用新型正弦波生成电路的工作原理进行具体描述:
[0060]在微控制器10的第一输入输出口 GPIOl、第二输入输出口 GP102、第三输入输出口GP103和第四输入输出口 GP104均设置为输入状态的情况下，即微控制器10的第一输入输出口 GP101、第二输入输出口 GP102、第三输入输出口 GP103和第四输入输出口 GP104都没有输出高电平或低电平信号的情况下，电源输入端Vin输入的电源电压VCC经过第一偏置电阻R5、第二偏置电阻R6分压后得到参考电压V0，由于R5=R6，此时波形产生模块20输出
的电压为参考电压
【权利要求】
1.一种正弦波生成电路，其特征在于，包括: 电源输入端，用于输入电源电压； 微控制器，用于在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口依次输出高电平或低电平信号； 波形产生模块，用于根据所述微控制器输出信号状态，在四分之一正弦周期内生成幅度递增或递减的方波信号； 滤波整形模块，用于将所述方波信号滤波整形后输出正弦波信号；以及 正弦波输出端，用于将所述正弦波信号输出；其中， 所述电源输入端分别与所述微控制器和所述波形产生模块的供电端连接，所述波形产生模块连接于所述微控制器和所述滤波整形模块之间，所述滤波整形模块的输出端与所述正弦波输出端连接。
2.如权利要求1所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序依次输出高电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号；所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口逆序依次输出高电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号；所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口顺序依次输出 低电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递减的方波信号，所述微控制器在四分之一正弦周期内通过至少两个输入输出口逆序依次输出低电平信号时，所述波形产生模块在对应的四分之一正弦周期内生成幅度递增的方波信号。
3.如权利要求1所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述波形产生模块包括用于取样所述微控制器输出的高电平或低电平信号的信号取样单元，以及串联连接的第一偏置单元和第二偏置单元； 所述第一偏置单元的一端与所述电源输入端连接，另一端与所述第二偏置单元连接，所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端与所述滤波整形模块的输入端连接，且经由所述信号取样单元与所述微控制器的输入输出口连接；所述微控制器输出高电平信号时，所述信号取样单元与所述第一偏置单元并联，所述微控制器输出低电平信号时，所述信号取样单元与所述第二偏置单元并联。
4.如权利要求3所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述信号取样单元包括至少两个取样电阻，所述微控制器包括至少两个输入输出口 ；所述取样电阻的一端与所述微控制器的一输入输出口对应连接，所述取样电阻的另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接。
5.如权利要求4所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述信号取样单元包括第一取样电阻、第二取样电阻、第三取样电阻和第四取样电阻，所述微控制器包括电源脚、地引脚、第一输入输出口、第二输入输出口、第三输入输出口和第四输入输出口 ； 所述第一取样电阻的一端与所述第一输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单兀和所述第二偏置单元的公共端连接；所述第二取样电阻的一端与所述第二输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述第三取样电阻的一端与所述第三输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述第四取样电阻的一端与所述第四输入输出口连接，另一端与所述第一偏置单元和所述第二偏置单元的公共端连接；所述电源脚与所述电源输入端连接，所述地引脚接地。
6.如权利要求5所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述第一取样电阻、所述第二取样电阻、所述第三取样电阻、所述第四取样电阻的阻值不相等。
7.如权利要求3所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述第一偏置单元包括第一偏置电阻，所述第二偏置单元包括第二偏置电阻；所述第一偏置电阻的一端与所述电源输入端连接，所述第一偏置电阻的另一端经由所述第二偏置电阻接地，所述第一偏置电阻和所述第二偏置电阻的公共连接节点与所述信号取样单元的输出端连接，且与所述滤波整形模块的输入端连接。
8.如权利要求7所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述第一偏置电阻、所述第二偏置电阻的阻值相等。
9.如权利要求1所述的正弦波生成电路，其特征在于，所述滤波整形模块包括滤波电容，所述滤波电容的一端与所述波形产生模块的输出端连接，且与所述正弦波输出端连接，所述滤波电容的另一端接地。
10.一种音频盾，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的正弦波生成电路。
【文档编号】H03K19/0185GK203708216SQ201320853957
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】陈柳章 申请人:深圳市文鼎创数据科技有限公司