用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器的製造方法
2023-04-23 23:05:01 5
用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器。鍵盤輸入電路輸入對頻率和相位進行設定的設置信號；單片機接收設置信號，將設置信號轉換成控制字，將控制字傳遞給DDS電路；DDS電路將控制字轉換成第一模擬信號，將第一模擬信號傳遞給濾波電路；濾波電路對第一模擬信號進行低通濾波以形成過濾後模擬信號，將過濾後模擬信號傳遞給運算放大電路；運算放大電路將過濾後模擬信號放大成第二模擬信號以使得第二模擬信號的有效電壓高於第一模擬信號的有效電壓，並將第二模擬信號傳遞給功率放大電路；功率放大電路對第二模擬信號進行功率放大以得到第三模擬信號；90°移相電路對第三模擬信號進行90°移相以得到與第三模擬信號正交的第四模擬信號。
【專利說明】用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器
【技術領域】
[0001] 本發明設及信號處理領域，更具體地說，本發明設及一種用於壓電陶瓷的多路大 功率高頻信號發生器。
【背景技術】
[0002] 對於壓電陶瓷（PZT)的控制驅動電源，一般要求能夠輸出兩路相位差為90°的正 弦信號，採用不同的處理器巧片和硬體結構，其實現形式有許多。信號源是一種測試或驅動 的基本儀器，要求能產生正弦波、銀齒波、=角波和方波等簡單波形，採用模擬、數字器件或 單片機結合外圍硬體電路組成的信號源，可W產生多路、不同波形、高頻的信號。常規的信 號發生器採用硬體實現的較多，電路形式有RC、LC、石英晶體振蕩器S大類。波形發生器設 計的純軟體法可W使設計更簡單、更高效，只要改變程序就能輕鬆的對波形功能升級和改 變。
[0003] 但是，現有的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器還不能滿足某些應用的 速度快、性能好、控制方便的要求。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種速度快、 性能好、控制方便的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器。
[0005] 為了實現上述技術目的，根據本發明，提供了一種用於壓電陶瓷的多路大功率高 頻信號發生器，包括：單片機、DDS電路、濾波電路、鍵盤輸入電路、運算放大電路、功率放大 電路、電源電路W及90°移相電路；其中，電源電路用於對多路大功率高頻信號發生器進 行供電；鍵盤輸入電路用於輸入對頻率和相位進行設定的設置信號；單片機接收從鍵盤 輸入電路輸入的設置信號，將設置信號轉換成相應的控制字，將控制字傳遞給DDS電路； DDS電路用於將控制字轉換成第一模擬信號，並且將第一模擬信號傳遞給濾波電路；濾波 電路用於對第一模擬信號進行低通濾波W形成過濾後模擬信號，並將過濾後模擬信號傳遞 給運算放大電路；運算放大電路用於將過濾後模擬信號放大成第二模擬信號W使得第二模 擬信號的有效電壓高於第一模擬信號的有效電壓，並且將第二模擬信號傳遞給功率放大電 路；功率放大電路用於對第二模擬信號進行功率放大W得到第=模擬信號；90°移相電路 用於對第S模擬信號進行90°移相W得到與第S模擬信號正交的第四模擬信號。
[0006] 優選地，所述用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器還包括顯示電路；並且 其中單片機將設置信號傳遞給顯示電路，而且顯示電路用於顯示設置信號所表示的頻率和 相位的數值表示。
[0007] 優選地，所述多路大功率高頻信號發生器的輸出是由第=模擬信號和第四模擬信 號構成的兩路正交的雙路輸出正弦信號。
[000引優選地，單片機由AT89S52單片機實現。
[0009] 優選地，孤S電路由孤S AD9850巧片電路實現。
[0010] 優選地，顯示電路由LCD1602顯示裝置實現。
[0011] 優選地，運算放大電路由AD8055信號放大電路實現。
[0012] 優選地，功率放大電路由MOS陽T電晶體實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 結合附圖，並通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解 並且更容易地理解其伴隨的優點和特徵，其中：
[0014] 圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的多路大功率高頻信號發生器的系 統結構圖。
[0015] 圖2示意性地示出了根據本發明優選實施例的信號發生器採用的AD9850的連接 電路的具體示例。
[0016] 圖3示意性地示出了根據本發明優選實施例的信號發生器採用的信號放大輸出 電路的具體示例。
[0017] 圖4示意性地示出了根據本發明優選實施例的信號發生器採用的90°移相電路 的具體示例。
[0018] 需要說明的是，附圖用於說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可 能並非按比例繪製。並且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內 容進行詳細描述。
[0020] 圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的多路大功率高頻信號發生器的系 統結構圖。
[0021] 根據本發明優選實施例的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器包括；單片 機10、DDS (直接數字頻率合成）電路20、濾波電路30、鍵盤輸入電路40、顯示電路50、運算 放大電路60、功率放大電路70、電源電路80 W及90 °移相電路90。
[0022] 其中，電源電路80用於對多路大功率高頻信號發生器進行供電。
[0023] 鍵盤輸入電路40用於輸入對頻率和相位進行設定的設置信號。
[0024] 單片機10接收從鍵盤輸入電路40輸入的設置信號，將設置信號轉換成相應的控 制字，將控制字傳遞給DDS電路20 ;而且單片機10將設置信號傳遞給顯示電路50。
[0025] 顯示電路50用於顯示設置信號所表示的頻率和相位的數值表示。需要說明的是， 顯示電路50是優選布置的，實際上不配置顯示電路50也能實現本發明。
[0026] DDS電路20用於將控制字轉換成第一模擬信號，並且將第一模擬信號傳遞給濾 波電路30。第一模擬信號是一個低壓模擬信號。
[0027] 濾波電路30用於對第一模擬信號進行低通濾波（即，將低壓模擬信號的高頻諧波 信號過濾掉）W形成過濾後模擬信號，並將過濾後模擬信號傳遞給運算放大電路60。
[002引運算放大電路60用於將過濾後模擬信號放大成第二模擬信號W使得第二模擬信 號的有效電壓高於第一模擬信號的有效電壓，並且將第二模擬信號傳遞給功率放大電路 70 0
[0029] 功率放大電路70用於對第二模擬信號進行功率放大W得到第=模擬信號。
[0030] 90°移相電路90用於對第=模擬信號進行90°移相W得到與第=模擬信號正交 的第四模擬信號。
[0031] 該樣，根據本發明優選實施例的多路大功率高頻信號發生器可W得到兩路正交的 雙路輸出正弦信號100,即第S模擬信號和第四模擬信號。
[0032] 例如，單片機10由AT89S52單片機實現，它是整個系統的核屯、部分。例如，顯示電 路50是LCD1602顯示裝置。例如，孤S電路20由孤S AD9850巧片電路實現。例如，運算 放大電路60由AD8055信號放大電路實現。例如，功率放大電路70可W由MOSFET電晶體 實現，即可W採用MOS陽T實現100W的功率放大輸出。
[0033] 由此，例如，AT89S52單片機對鍵盤輸入電路40進行掃描，通過判斷相應的按鍵 是否被按下，來獲取有鍵盤設定的頻率和相位的信息，單片機讀取到該個信息之後，轉換 成相應的控制字後再輸出到DDS AD9850巧片，鍵盤輸入的數字經由單片機AT89S52控制 LCD1602顯示出來，輸出信號的頻率可W通過按鍵來進行增減調節。DDS AD9850巧片根據 相應的控制字經過AD9850內部的AD轉換成低壓模擬信號輸出，該個模擬輸出信號的頻率 和電壓較低，首先通過低通濾波電路濾除並不需要的其他高頻次的信號幹擾，之後經過運 算放大電路將該個濾波之後的低電壓信號轉換成較高電壓的信號，此時的信號雖然電壓較 高，但是其功率不足作為其他器件的驅動信號，因此該個信號要經過一個功率放大電路提 高它的輸出功率，該樣就得到了一個高頻率大電壓的一個正弦信號，最後經過一個90°移 相電路將一路正弦信號變成兩路正交的雙路輸出正弦信號。該裝置可W實現對信號幅度、 頻率、相位輸出等參數的全數字控制。
[0034] 該樣，本發明結合單片機AT89S52與孤S AD9850巧片的功能，實現了例如頻率 40KHZ的例如100W兩路正弦信號硬體電路和系統軟體的設計。通過按鍵控制輸出頻率大 小。信號源性能穩定、精度高、信號失真小，設計的電路和軟體可W應用於壓電陶瓷PZT的 控制驅動電源。
[0035] 系統上電初始化完成之後等待鍵盤輸入操作，通過對鍵盤的掃描判斷是否有按鍵 被按下，通過按鍵進行輸出頻率和輸出幅度的調整，生成的控制字經並行方式送入DDS電 路20,合成用戶所需的頻率幅值信號，同時在LCD1602上顯示當前的頻率值。
[0036] 根據本發明優選實施例的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器速度快、性 能好、控制方便。本設計結合AT89S52單片機和DDS AD9850巧片，可W產生頻率可調的多 路正弦信號。
[0037] 下面描述鍵盤輸入電路40的具體示例。鍵盤輸入電路40接口採用矩陣式鍵盤， 矩陣式鍵盤採用行列電路結構，當按鍵比較多的時候，佔用的I/O 口線比較少，鍵盤的規模 越大，它的優勢越發明顯。因此，當按鍵的數量大於8時，通常都採用矩陣式鍵盤的結構。 [003引本實施例的設計中鍵盤用於調整輸出信號的頻率，頻率調整範圍為10化到 99MHz，其中採用一個按鍵控制頻率加的調整，採用一個按鍵選擇數字量的個十百位，在= 位間循環；採用一個按鍵控制相位調整；採用按鍵控制分別對應於數字量的加、減操作；採 用一個按鍵控制輸出頻率顯示，當頻率設置完成後按下此按鍵會按設定好的頻率輸出正弦 波；採用一個按鍵作為波形切換鍵。
[0039] 下面描述孤S電路20是孤S AD9850巧片電路的情況的電路示例。圖2是AD9850 的連接圖。
[0040] 如圖2所示，該實施例包括AD9850巧片U2、數據移位器ul、第一電阻器R1、第二 電阻器R2、第S電阻器R3、第四電阻器R4、第五電阻器R5、第六電阻器R6、第一電容器C6、 第二電容器〔7、第=電容器〔8、第四電容器〔9、第五電容器(：11、第六電容器C12、第^;：電容 器C13、W及第八電容器CIO。它們的連接結構如圖2所示。
[0041] AD9850內含有一個完整正弦信號周期的數字幅度的信息，每個地址都對應其 0° -360°範圍中的某個相位。它把相位信息轉變成把正弦信號的幅度信號，再驅動DACW 此來輸出模擬信號。輸出的周期為，TO = Tc*2N/M頻率為化ut = fc*M/2N，Tc、fc分別是 外部的參考時鐘周期及頻率，再輸入到正弦信號查詢表中，由查詢表輸出被轉換成10位之 後，通過DAC輸出驅動電流。
[0042] 本實施例中採用並行的方式，AD9850共有8個數據管腳和S個控制管腳，8個數 據管腳與單片機的P2 口並行相連，S個控制管腳RESET、W_CLK和FQ_UD分別和單片機的 ?1.4、？1.5和？1.6相連接。
[00創 AD9850巧片有40位控制字，其中32位用於頻率控制，，5位用於相位控制，2位用 於選擇工作方式，1位用於電源休眠控制。該40位控制字可通過並行方式或串行方式輸入 到AD9850。但是為了充分發揮巧片的高速性能，本實施例選用並行方式。在並行裝入方式 中，單片機通過8位總線DO?D7 口將數據輸入到AD9850的寄存器，重複5次之後再在 FQ-UD上升沿時刻把40位數據從輸入寄存器裝載到頻率/相位數據寄存器（用於更新輸 出頻率和相位），同時把地址指針復位到第一個輸入寄存器。接著在W-CLK的上升沿裝載8 位數據，並把指針指向下一個輸入寄存器，連續5個W-CLK上升沿後，W-CLK的上升沿就 不再起作用，直到復位信號或FQ-UD的上升沿把地址指針復位到第一個寄存器。
[0044] 輸出信號的周期為TO = Tc*2N/M頻率為化ut = fc*M/2N，Tc、fc分別就是外部的 參考時鐘周期及頻率，M為控制字，N控制字的位數。那麼，向AD9850中寫入的頻率控制字 即為M =化ut*232/fc。在125MHz的時鐘下，32位的頻率控制字可使AD9850的輸出頻率 解析度達0. 〇291化。通過改變32位控制字的數值，就可實現改變輸出頻率的功能。
[0045] AD9850中有5位控制字用於相位控制，因此相位控制的精度為360° /25 = 11.25°，而且允許相位按增量11.25°、22. 5°、45°、90°、180°等Wll.25°的倍數增 加的相位值進行相位調整。表1是相應的相移對應的二進位控制字。其中相移與控制字的 對應關係如下表所示：
[0046]
【權利要求】
1. 一種用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在於包括：單片機、DDS電 路、濾波電路、鍵盤輸入電路、運算放大電路、功率放大電路、電源電路以及90°移相電路； 其中，電源電路用於對多路大功率高頻信號發生器進行供電； 鍵盤輸入電路用於輸入對頻率和相位進行設定的設置信號； 單片機接收從鍵盤輸入電路輸入的設置信號，將設置信號轉換成相應的控制字，將控 制字傳遞給DDS電路； DDS電路用於將控制字轉換成第一模擬信號，並且將第一模擬信號傳遞給濾波電路； 濾波電路用於對第一模擬信號進行低通濾波以形成過濾後模擬信號，並將過濾後模擬 信號傳遞給運算放大電路； 運算放大電路用於將過濾後模擬信號放大成第二模擬信號以使得第二模擬信號的有 效電壓高於第一模擬信號的有效電壓，並且將第二模擬信號傳遞給功率放大電路； 功率放大電路用於對第二模擬信號進行功率放大以得到第三模擬信號； 90°移相電路用於對第三模擬信號進行90°移相以得到與第三模擬信號正交的第四 模擬信號。
2. 根據權利要求1所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在於還 包括顯示電路；並且其中單片機將設置信號傳遞給顯示電路，而且顯示電路用於顯示設置 信號所表示的頻率和相位的數值表示。
3. 根據權利要求1或2所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在 於，所述多路大功率高頻信號發生器的輸出是由第三模擬信號和第四模擬信號構成的兩路 正交的雙路輸出正弦信號。
4. 根據權利要求1或2所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在 於，單片機由AT89S52單片機實現。
5. 根據權利要求1或2所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在 於，DDS電路由DDS AD9850晶片電路實現。
6. 根據權利要求1或2所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在 於，顯示電路由IXD1602顯示裝置實現。
7. 根據權利要求1或2所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在 於，運算放大電路由AD8055信號放大電路實現。
8. 根據權利要求1或2所述的用於壓電陶瓷的多路大功率高頻信號發生器，其特徵在 於，功率放大電路由MOSFET電晶體實現。
【文檔編號】H03K3/02GK104485924SQ201410720494
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】姚曉龍, 靳子洋, 張彬, 陸永耕 申請人:上海電機學院