專利名稱:一種手持式信號發生器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種手持式信號發生器，主要應用于工業儀表和自動控制系統的現場調試、校驗或檢測維護，其系統的主要原理結構包括：微控制器控制電路模塊、液晶顯示電路模塊、鍵盤控制電路模塊、D/A模數轉換電路模塊、低通濾波器電路模塊、信號輸出電路模塊、鋰電池模塊，所述微控制器控制電路模塊是使用可編程邏輯門陣列FPGA芯片，在其內部編入DDS內核，實現多種波形數據信號輸出，并通過鍵盤控制電路模塊來選擇波形信號的功能、波形的種類及頻率的大小實現智能化操作依次連接到D/A轉換電路模塊，將數字量波形數據轉換為模擬量，經低通濾波器、波形信號輸出電路實現信號偏移、放大，這款手持式信號發生器是一款易于攜帶、操作步驟簡單、精確度高的手持式信號發生器，有助于提高使用人員的工作效率。
【專利說明】一種手持式信號發生器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種信號發生器應用于儀器儀表、測控系統的測試儀，特別涉及一種手持式信號發生器。
【背景技術】
[0002]隨著現代電子技術的發展，現代電子測量、實際生產和科學試驗等領域需要有較高頻率準確度和穩定度的信號源。但在實際使用中，根據現場工作的環境，由于外形體積偏大、使用交流電源供電，用于工業儀表和自動控制系統的現場調試、校驗或檢測維護時，攜帶困難。因此便攜式、高精度越來越成為儀器的基本要求，對傳統儀器的智能化、數字化尤為重要，這促使我們研制一種低功耗、便攜式產生多種頻率信號的手持式信號發生器成為可能。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是為了滿足一些特殊現場的工作的環境，方便節約資源，設計了一種便于攜帶、操作步驟簡單、精確度高的一種手持式信號發生器。
[0004]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0005]這種一種手持式信號發生器包括:儀器罩殼、微控制器控制電路模塊、液晶顯示電路模塊、鍵盤控制電路模塊、D/A模數轉換器電路模塊、低通濾波器電路、信號輸出電路模塊、鋰電池模塊。其中:儀器罩殼是用于固定系統電路主板，方便使用人員操作攜帶；液晶顯示電路模塊是將輸出波形信號的類型和頻率通過液晶LCD顯示器顯示出來，易于觀看；微控制器控制電路模塊是用內部的CPU內核控制嵌入的DDS內核，實現多種波形數據信號輸出；鍵盤控制電路模塊是用來選擇控制信號的功能、選擇波形的種類及選擇頻率的大小的，實現智能化操作；D/A模數轉換電路模塊是將數字量波形數據通過模數轉換器轉換為模擬量；低通濾波器電路是將輸出的波形信號去除噪聲和紋波；信號輸出電路模塊是實現波形信號放大、偏移。
[0006]所述的微控制電路模塊實現過程為:以可編程邏輯器件FPGA為核心，使用薄膜按鍵完成波形信號類型的選擇，波形信號頻率數值大小的設定，通過FPGA內部設計的DDS內核產生多種波形信號。
[0007]所述的DDS內核實現過程為:以相位累加器為該內核的核心，同時還包括頻率控制字和波形存儲器組成，相位累加器輸出的數據決定了波形存儲的地址，從而決定了波形選擇。
[0008]所述的液晶顯示電路模塊實現過程為:通過可編程邏輯器件FPGA控制波形信號，并通過液晶顯示器將輸出的波形信號直觀的顯示出來，電路模塊主要由液晶IXD1602組成。
[0009]所述的鍵盤控制電路模塊實現過程為:通過薄膜軟按鍵開關與微控制器連接，實現鍵盤控制選擇相應的系統功能，分別控制系統的頻率、占空比、幅值。
[0010]所述的D/A轉換電路模塊實現過程為:通過可編程邏輯芯片FPGA與D/A模數轉換器AD9762組成。
[0011]所述的低通濾波器電路模塊實現過程為:通過電阻、電容組成的8階型低通濾波器，實現波形去噪，保證波形信號穩定輸出圓滑。
[0012]所述的波形信號輸出電路模塊實現過程為:通過衰減電路20dB、40dB、60dB及自恢復保險絲輸出波形信號，分別產生兩路同步信號，一路TTL電平，另一路標準信號波形，分別為正弦波、方波、三角波、直流信號。
[0013]經由上述方案可知，本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0014](I)本實用新型在設計中采用直接數字合成技術原理，使用可編程邏輯門陣列芯片設計DDS內核，具有保密性強、提高系統的運行速度，該系統中節省芯片使用數量，降低了生產成本。
[0015](2)本實用新型在使用中結構簡單、操作便捷、體積小巧、易于攜帶，適合單手操作，內部自帶充電鋰電池，并有液晶LCD顯示，能在光線暗淡的情況可以清晰操作，同時設計中在使用過壓過流保護，便于滿足實驗室和各種試驗現場對工業儀器儀表的調試、檢測維護。
[0016](3)本實用新型簡化了信號發生器的設計結構，為設備小型化提供了技術支持，有效地提高了輸出信號的頻率和寬度，本系統的采樣率為80MSa/S，電壓輸出-5V至+5V，輸出正弦波頻率在O至10MHz，其他波形頻率O至ΙΟΟΚΗζ，這為下步設計更高速度的信號發生器奠定基礎。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型一種手持式信號發生器的結構組成分解示意圖；
[0018]圖2是本實用新型一種手持式信號發生器的主控制電路原理框圖；
[0019]圖3是本實用新型一種手持式信號發生器的DDS內核基本邏輯框圖；
[0020]圖4是本實用新型一種手持式信號發生器的頻率控制字的組成原理圖；
[0021]圖5是本實用新型一種手持式信號發生器的相位累加器的組成的原理圖；
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，本實用新型研制的信號發生器主要由儀器罩殼上面板11、液晶顯示電路模塊12、主控制電路模塊13、薄膜按鍵電路14、鋰電池電路模塊15、儀器罩殼下面板16組成。其中各部分的裝配情況如下:
[0023]鋰電池電路模塊15固定在儀器罩殼下面板16上，然后供電給主控制電路模塊13，并將其放置于鋰電池電路模塊15上面，連接主控制電路模塊13的是薄膜按鍵電路模塊14和液晶顯示電路模塊12，通過控制薄膜按鍵電路模塊14，將輸出波形的信號顯示在液晶電路模塊12上，最后將儀器罩殼上面板11裝配上，構成一款一種手持式信號發生器。
[0024]如圖2所示，本實用新型的函數發生器主控制電路模塊主要包括:微處理器控制電路21、液晶顯示電路22、薄膜按鍵電路23、D/A模數轉換器電路24、低通濾波器電路25、信號輸出電路26、鋰電池模塊27組成。其中各部分的具體電路連接結構和連接關系如下:
[0025]微控制器控制電路21主要由可編程邏輯控制芯片FPGA組成，該系統的核心建立波形DDS內核的主要控制單元。
[0026]液晶顯示電路22主要由液晶IXD1602組成，通過FPGA的數據接口連接到液晶LCD1602 上。
[0027]薄膜按鍵電路23主要由六個按鍵組成，通過FPGA的數據接口連接到六個按鍵，按鍵分別為函數功能、功能設定、方向鍵上、方向鍵下、方向鍵左、方向鍵右。
[0028]D/A模數轉換器電路24即以集成電路AD9862為核心是一款低功耗CMOS、可編程12位、125Msps的高速、并行電流輸出的數模轉換器，其相對精度為±2LSB，最大非線性度為±1LSB，可輸出2mA-20mA電流，其差分信號具有抑制共模增益的作用，信號特性更好，其輸出電路公式為:
[0029]1uta= (DAC.CODE/16384) X10UTFS
[0030]根據D/A轉換器公式，計算出轉換的模擬量電流，經D/A轉換器兩路輸出傳送給運算放大器，根據虛短和虛斷的規律，將電流信號轉換為電壓信號進行放大輸出信號。
[0031]低通濾波器電路25由型網絡電阻、電容構成，濾波器帶寬范圍為15MHz，能夠保證輸出信號穩定，去除紋波保證波形信號圓滑。
[0032]信號輸出電路26由衰減電路20dB、40dB及自恢復保險絲組成。其中將模數轉換器的數據依次通過低通濾波器、衰減電路、自恢復保險絲連接到BNC接口輸出波形信號。
[0033]鋰電池模塊27主要由充放電鋰電池構成，將供給所有模塊電源。
[0034]如圖3所示，本實用新型的DDS內核邏輯框圖主要包括:頻率控制字K31、相位累加器模塊32、波形存儲器33、D/A模數轉換器34、低通濾波器35。其中頻率控制字K輸出的信號經時鐘信號供給接入相位累加器累加，然后輸出的數據地址選擇所需要的波形地址數據。
[0035]如圖4所示，本實用新型的頻率控制字模塊主要原理框圖包括:譯碼器41、8位D觸發器42、與非門43。所述各個模塊的工作功能如下:四選一譯碼器41輸出16個數據接口接口，分別接到6個8位D觸發器42，5個D觸發器共輸出32位數據，當WR和譯碼器信號Y的某一路同時為低電平信號時，D觸發器時鐘上升沿被觸發，PO的數據就被D觸發器42送出，依次送出32位后，當WR和譯碼器Y5同時為低電平時，將36位數據送入D觸發器。
[0036]如圖5所示，本實用新型的相位累加器模塊是整個DDS內核的核心，所述的模塊的功能和性能如下:它實際是一個帶反饋的36位加法器，輸出數據一端反饋到加法器的一個輸入端DATAa，在時鐘DCLK作用下與輸入端DATAb的頻率控制字相加，而后輸出數據U[35..0]為后續電路輸出信號。
【權利要求】
1.一種手持式信號發生器，其特征在于，包括儀器罩殼、微控制器控制電路模塊、液晶顯示電路模塊、鍵盤控制電路模塊、D/A模數轉換器電路模塊、低通濾波器電路、信號輸出電路模塊、鋰電池模塊，其中:儀器罩殼是用于固定系統電路主板；液晶顯示電路模塊是將輸出波形信號的類型和頻率通過液晶LCD顯示器顯示出來；微控制器控制電路模塊是用內部的CPU內核控制嵌入的DDS內核，實現多種波形數據信號輸出；鍵盤控制電路模塊是用來選擇控制信號的功能、選擇波形的種類及選擇頻率的大小；D/A模數轉換電路模塊是將數字量波形數據通過模數轉換器轉換為模擬量。2.根據權利要求1所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的微控制電路模塊實現過程以可編程邏輯器件FPGA為核心，使用薄膜按鍵完成波形信號類型的選擇，波形信號頻率數值大小的設定，通過FPGA內部設計的DDS內核產生多種波形信號。3.根據權利要求2所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的DDS內核實現過程主要由頻率控制字、相位累加器和波形存儲器組成，以相位累加器為該內核的核心，輸出的數據決定了波形存儲的地址，從而決定了波形選擇。4.根據權利要求1所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的液晶顯示電路模塊實現過程通過可編程邏輯器件FPGA控制波形信號，并通過液晶顯示器將輸出的波形信號直觀的顯示出來，電路模塊主要由液晶IXD1602組成。5.根據權利要求1所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的鍵盤控制電路模塊實現過程通過薄膜軟按鍵開關與微控制器連接，實現鍵盤控制選擇相應的系統功能，分別控制系統的頻率、占空比、幅值。6.根據權利要求1所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的D/A轉換電路模塊實現過程通過可編程邏輯芯片FPGA與D/A模數轉換器AD9762組成。7.根據權利要求1所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的低通濾波器電路模塊實現過程通過電阻、電容組成的8階31型低通濾波器，實現波形去噪，保證波形信號穩定輸出圓滑。8.根據權利要求1所述的手持式信號發生器，其特征在于所述的波形信號輸出電路模塊實現過程通過衰減電路20dB、40dB、60dB及自恢復保險絲輸出波形信號，分別產生兩路同步信號，一路TTL電平，另一路標準信號波形，分別為正弦波、方波、三角波、直流信號。
【文檔編號】G05B19-042GK204302709SQ201420725811
【發明者】吳懷明, 薛領, 謝行, 王玉花, 趙一鳴, 董日昊, 張斐, 康淑婷, 賀小軍, 王孝 [申請人]北京航天峰光電子技術有限責任公司, 北京航天試驗技術研究所