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  • 示波器探头自校准方法,你会吗?

    示波器探头自校准方法,你会吗?

    你知道示波器探头自校准方法有哪些吗?相信对于电源工程师,示波器的功劳是不可替代的,一旦产品有问题就需要抓波形,抓时序,测试准确数值,以帮助工程师分析,处理,一切看波形说话。如何使测试的数据准确和可靠是非常重要的,准确的数字能够帮助我们,而失真的波形和数值只能误导我们。 在从事电源行业这么多年中,示波器就相当于工程师的左右手。由于常常看到很多小公司用的示波器过于低端,带宽低,采样率低,认为示波器操作简单,能抓到波形就行,根本没有必要买好的示波器。 甚至在使用示波器之前,并没有做测试准备。其实往往就是这个操作不正确导致测试结果失真,影响分析。 很多工程师直接拿起探头就测试,根本不去检查探头是否需要补偿,示波器是否需要校验。 示波器使用前需要自校准和需要探头补偿调节,执行这种调节是使探头匹配输入通道。首次操作仪器时以及同时显示多个输入通道的数据时,可能需要在垂直和水平方向上校准数据,以使时基、幅度和位置同步。例如,发生明显温度变化(> 5°)时就需要进行校准。 探头自校准的操作步骤如下: 1.从通道输入连接器上断开任何探头或电缆。确保仪器运行并预热一段时间。R File(文件)菜单中,选择Selfalignment(自校准)。 2.在Control(控制)选项卡上,点击Start Alignment(开始校准)。 3.Ralignment state(整体校准状态)字段中。每个输入通道各个校准步骤的结果会显示在Results(结果)选项卡中。 探头补偿调节的操作步骤如下: 1.将示波器探头连接到通道,按前面板上的PRESET(预设)按键(左侧面板设置区域中) 图一 探头补偿调节 2.检查所显示波形的形状 图二 补偿过度,不足和正确补偿 3.如果波形不正确,请调整探头 图三 补偿探头方法 以上两点看似简单,但往往是工程师忽略的。为了使测量更精确,请一定要注意检验。这两个校准功能在任何示波器都应该有。 下面给大家介绍下在电源线测量检定电源与其使用环境之间的交互情况。 要注意的是,电源可以采用任何规格,从个人电脑中的小型风扇盒,到工厂内大小适中为设备提供动力的发动机,到为电话群和服务器群提供支持的大规模电源。 每种电源都对馈电的输入电源(一般是市政电源)有一定影响。 为确定插入电源的影响,必须直接在输入电源线上测量电源电压和电流参数。 电源质量测量基础知识 电源质量并不单纯依赖发电厂,还依赖于电源设计和制造及最终用户的负载。电源的电源质量特点决定着电源的“健康状况”。 实际环境中的电源线永远不会提供理想的正弦波,而是在线路上总有一定的失真和不理想特点。 开关电源给电源带来了非线性负载。因此,电压波形和电流波形并不是完全相同。 输入周期的某个部分会吸收电流,在输入电流波形上产生谐波。确定这些失真的影响是电源工程设计中的重要组成部分。 为确定电源线上的功耗和失真,必需在输入阶段测量电源质量。 电源质量指标包括: 1.真实功率 2.视在功率或无功功率 3.功率因数 4.波峰因数 5.根据EN61000-3-2标准进行电流谐波测量 6.总谐波失真(THD),以上就是示波器探头自校准方法的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-23 关键词: 示波器 波形 波峰

  • 示波器解码,你真的了解吗?

    示波器解码,你真的了解吗?

    什么是协议解码?它有什么作用?协议解码是示波器非常实用的功能,很多工程师因为不熟悉操作,或者参数设置不正确,最终没有得到理想的结果。本文对解码设置方面的几个细节做一个介绍,帮助您快速上手示波器的协议解码。 一、解码 解码是一种用特定的计算方法,将电脉冲信号、光信号、无线电波等转换成它所代表的信息、数据等的过程。解码是受传者将接受到的符号或代码还原为信息的过程,与编码过程相对应,不同的解码方法就是不同的协议,而示波器,示波器经过多年的发展,早已可以直接将波形数据解码后以十六进制,十进制或者字符的形式呈现出来,而且可以兼容非常多种类的协议。 二、采样率 第一个需要关注的要点就是采样率,示波器是根据采集来的波形数据进行解码。如果波形采集的实时采样率不足,则可能对解码结果造成影响。ZDS4054Plus示波器标配512M存储深度,可以充分保证长时间捕获波形的高采样率。毕竟只有捕获了正确的波形,才能得到正确的解码。 三、协议参数设置 协议参数设置是解码成功中最重要的一环,不同的设置可能解码结果不一样,或者导致无法解码,实际应用时,有一半情况是因为忽略了一些设置而导致解码出错。 首先是要选择正确的协议类型,并将“触发使能”选择“ON”,信号将按照协议的开始位、数据位或地址位等进行触发。 其次是参数的设定,可以通过点击“协议参数”进入相应的参数设置,根据不同的需要设置相应的参数,同时注意查看下方“触发设置”是否与预先设定的方式一致。 四、阈值设置 阈值设置是平时解码中最容易忽略的一点,示波器对波形进行解码时,需要有参考的基准线,示波器对比波形数据相对于基准线的值来判断高低电平,一般示波器默认阈值是自动阈值,即最大值和最小值之间的中间值来自动确认的,比如,CAN-H电平是3.5V,CAN-L电平是1.5V,如果屏幕内只有CAN-H和CAN-L,那么阈值就是2.5V,此时可以很好的识别出高低电平,如果屏幕内的波形是从-3.5V开始,然后触发出CAN信号,那么阈值就是OV,此时候CAN-L也会被识别为高电平,从而导致解码错误。所以当屏幕内高低电平有一个偏离特别大时,可能需要手动设置阈值。 帧的完整性 有的时候,屏幕内抓到的波形可能不是一个完整的帧,所以导致示波器无法完成解码,可以尝试将时基放大,在一个屏幕内抓多个帧进行解码,保证屏幕中有至少一个完整的帧。以上就是示波器的几个知识点,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-22 关键词: 解码 示波器 波形

  • 什么是施密特触发器?一文带你详细分析

    在电子学中,施密特触发器(英语:Schmitt trigger)是包含正反馈的比较器电路。 对于标准施密特触发器,当输入电压高于正向阈值电压,输出为高;当输入电压低于负向阈值电压,输出为低;当输入在正负向阈值电压之间,输出不改变,也就是说输出由高电准位翻转为低电准位,或是由低电准位翻转为高电准位时所对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时,输出才会变化,因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象,表明施密特触发器有记忆性。从本质上来说,施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。 施密特触发器可作为波形整形电路,能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形,而且由于施密特触发器具有滞回特性,所以可用于抗干扰,其应用包括在开回路配置中用于抗扰,以及在闭回路正回授/负回授配置中用于实现多谐振荡器。 施密特触发器有两个稳定状态,但与一般触发器不同的是,施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号,施密特触发器有不同的阈值电压。 重要特性:施密特触发器具有如下特性:输入电压有两个阀值VL、VH,VL施密特触发器通常用作缓冲器消除输入端的干扰。   施密特波形图 施密特触发器也有两个稳定状态,但与一般触发器不同的是,施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号,施密特触发器有不同的阀值电压。 门电路有一个阈值电压,当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路,与普通的门电路不同,施密特触发器有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压,在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。 它是一种阈值开关电路,具有突变输入——输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化(低于某一阈值)而引起的输出电压的改变。 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+,即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。 当输入电压由低向高增加,到达V+时,输出电压发生突变,而输入电压Vi由高变低,到达V-,输出电压发生突变,因而出现输出电压变化滞后的现象,可以看出对于要求一定延迟启动的电路,它是特别适用的. 从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时,波形的上升沿将明显变坏;当传输线较长,而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时,在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象;当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时,信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况,都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适,均能受到满意的整形效果。 施密特触发器的应用 1. 波形变换 可将三角波、正弦波等变成矩形波。 2. 脉冲波的整形 数字系统中,矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变,出现上升沿和下降沿不理想的情况,可用施密特触发器整形后,获得较理想的矩形脉冲。 3. 脉冲鉴幅 幅度不同、不规则的脉冲信号时加到施密特触发器的输入端时,能选择幅度大于欲设值的脉冲信号进行输出。 施密特触发器常用芯片: 74LS18双四输入与非门(施密特触发) 74LS19六反相器(施密特触发) 74132、74LS132、74S132、74F132、74HC132四2输入与非施密特触发器触发器 74221、74LS221、74 HC221、74 C221双单稳态多谐振荡器(有施密特触发器) 触发器定义 施密特触发电路( 简称)是一种波形整形电路,当任何波形的信号进入电路时,输出在正、负饱和之间跳动,产生方波或脉波输出。不同于比较器,施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区,可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路,传感器输入电路都会用到它整形。 施密特触发器 一般比较器只有一个作比较的临界电压,若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时,输出端即受到干扰,其正负状态产生不正常转换,如图1所示。   图1 (a)反相比较器 (b)输入输出波形 施密特触发器如图2 所示,其输出电压经由R1 、R2 分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后(Hysteresis)现象,所以只要噪声的大小在两个临界电压(上临界电压及下临界电压)形成的滞后电压范围内,即可避免噪声误触发电路,如表1 所示   图2 (a)反相斯密特触发器 (b)输入输出波形 表1施密特触发器的滞后特性 上临界电压VTH下临界电压VTL滞后宽度(电压)VHVTL<噪声 输入端信号νI 上升到比VTH 大时,触发电路使νO 转态输入端信号νI 下降到比VTL 小时,触发电路使νO 转态上、下临界电压差VH =VTH -VTL噪声在容许的滞 后宽度范围内,νO 维持稳定状态 反相施密特触发器 电路如图2 所示,运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换: νO= ±Vsat 。输出电压经由R1 、R2 分压后反馈到非反相输入端:ν+= βνO, 其中反馈因数=   当νO为正饱和状态(+Vsat )时,由正反馈得上临界电压   当νO 为负饱和状态(- Vsat )时,由正反馈得下临界电压   VTH 与VTL 之间的电压差为滞后电压:   2R1   图3 (a)输入、输出波形 (b)转换特性曲线 输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。 当输入信号上升到大于上临界电压VTH 时,输出信号由正状态转变为 负状态即: νI >VTH→νo = - Vsat 当输入信号下降到小于下临界电压VTL 时,输出信号由负状态转变为 正状态即: νI 输出信号在正、负两状态之间转变,输出波形为方波。 非反相施密特电路   图4 非反相史密特触发器 非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端,如图4所示。 由重迭定理可得非反相端电压   反相输入端接地: ν- = 0,当ν+ = ν- = 0 时的输入电压即为临界电压。 将ν+ = 0 代入上式得   整理后得临界电压   当νo 为负饱和状态时,可得上临界电压   当νo为正饱和状态时,可得下临界电压,   VTH与VTL之间的电压差为滞后电压:     图5 (a)计算机仿真图 (b)转换特性曲线 输入、输出波形与转换特性曲线如图5所示。 当输入信号下降到小于下临界电压VTL 时,输出信号由正状态转变为 负状态:νo < VTL →νo = - Vsat 当输入信号上升到大于上临界电压VTH 时,输出信号由负状态转变为 正状态: νo > VTL →νo = + Vsat 输出信号在正、负两状态之间转变,输出波形为方波。 史密特触发器电路原理实验: 如图6,当Vi 大于VR 时运算放大器的输出会得到一个正向电压输出;若VR 大于 Vi 时则会得到一个负电压。电压的大小则由两个齐紊二极管来限压。理想的运 算放大器其输出上升时间为0,而在实际的电路上是上可能得到这么理想的曲 线,一般从负压上升到正压需要一小段的上升时间。换言之,运算放大器并上能 立刻反应Vi 及VR 所形成的电压差。 如果参考电压VR 固定,那么当Vi 慢慢增加时,仅在Vi-VR≧ V1 时。运算 放大器的输出达到Vmax;而当Vi 渐渐减小时却必须于Vi-VR≦ V1 伏特时,输 出才为Vmin。也即,欲达Vmax 及Vmin 输出电压的条件上一样,两者Vi-VR 值相差V1,这种情形称为迟滞(hysteresis)现象。史密特触发器便是利用这种现象 而做成的电路。 反相的史密特触发器,输出电压经由分压电路回授至运算放大器,参考电压 则加在R1 及R2 的末端。回授β 值为R2/(R1+R2),此电路为正回授,如果输出 增加了V,则有回授βV 到运算放大器。 当Vi V+=VR+(R2/R1+R2)(Vmax-VR) 当Vi=V+时,输出转为Vmin。 当Vi>V+ V+=VR-(R2/R1+R2)(Vmin+VR) 若此时V+渐渐小至V2,则输出又转为Vmax。由于迟滞现象,使得触发输出电 压转相的电压有所上同,输入电压增加产生输出转相时所的电压,要比输入电压 降低时所产生的输出转相所需电压来得大(V1>V2)。  

    时间:2019-07-10 关键词: 特性 波形 施密特触发器

  • 正旋波到同频率方波

    题目:输入220V 100HZ的正旋波,要求得到10V 100HZ的单向方波、方案一电路:方案2如下:

    时间:2019-06-11 关键词: 数字 模拟 电路 波形

  • 基于CPLD和单片机的任意波形发生器设计

    基于CPLD和单片机的任意波形发生器设计

    引言 在电子工程设计与测试中,常常需要一些复杂的、具有特殊要求的信号,要求其波形可任意产生,频率方便可调。通常的信号产生器难以满足要求,市场上出售的任意信号产生器价格昂贵。结合实际需要,我们设计了一种任意波形发生器。电路设计中充分利用MATLAB的仿真功能,将希望得到的波形信号在MATLAB中完成信号的产生、抽样和模数转换,并将得到的数字波形数据存放在数据存储器中,通过单片机和CPLD控制,将波形数据读出,送入后向通道进行A/D转换和放大处理后得到所需的模拟信号波形。利用上述方法设计的任意波形发生器,信号产生灵活方便、功能扩展灵活、信号参数可调,实现了硬件电路的软件化设计。具有电路结构简单、实用性强、成本低廉等优点。系统框图 任意波形发生器的设计思想,是利用MATLAB的强大仿真功能,方便、快捷的生成给定频率、周期、脉宽的任意波形数据;并将数据预存在数据存储器中。在单片机控制下,利用CPLD电路产生地址读出数据,送入D/A转换电路,得到所需的任意波形信号。系统结构框图如图1;图中分频电路和地址发生器由CPLD实现。图1 系统框图 电路设计及实现 单片机控制电路 单片机采用AT89C52芯片,通过软件编程产生所要求的控制信号。主要的控制参数包括:信号周期、脉宽;分频电路的开始信号、地址发生器的复位信号;E2PROM的选通信号;D/A转换电路的选通信号。在具体电路中,端口P1.0控制分频电路的启动、P1.1控制地址发生器的清零,P2.0控制28C256和AD7545的选通信号。单片机工作在定时器0方式,软件设计利用C语言实现。流程图如图2所示。图2 软件流程图 波形数据生成 MATLAB作为一款优秀的数学工具软件,具有强大的运算功能;可以方便的产生各种信号波形,在软件中实现波形信号的产生、抽样和模数转换。设计的任意波形发生器,数据存储器选用28C256芯片,信号波形通过MATLAB仿真产生;得到的波形数据存放在数据存储器28C256中。具体设计中,我们要求产生周期为200ms,脉宽为5ms的单/调频混合信号,其中单频信号的脉宽为4ms,频率为30KHz;调频信号的脉宽为1ms,频率为30KHz_35KHz。在MATLAB中设定抽样率为500KHz,得到了2500个波形数据。这些混合波形数据在烧录入数据存储器的过程中,由于波形数据较多,直接用手工录入数据存储器中不仅费时且容易出错。为克服这一弊端,通过MATLAB编程的方法将产生的波形数据按照HEX文件的INTEL格式存放,然后将这些波形数据整批次烧录入数据存储器中。采用上述方法,波形数据生成简单,快捷;可根据需要在软件程序中方便地修改信号参数;无需改动硬件电路即可实现信号参数的功能扩展。 CPLD逻辑设计 分频电路采用两片74HC163实现。通过分频电路,将12MHz的晶振标准频率分频后,得到500KHz的抽样频率,作为地址发生器的时钟。分频电路的工作由单片机控制。 地址发生器电路由3片74HC163组成,时钟频率为500KHz,有分频电路提供;和预存的波形数据抽样频率相一致,以实现数据的无失真读出。 电路设计中,采用ALTRA公司的EPM7128AETC100-10芯片,在MAX+PLUSⅡ开发环境中完成分频缏泛偷刂贩⑸?鞯缏返纳杓啤;?贑PLD的电路设计,可以省去大部分的中小规模集成电路和分离元件;使得电路具有集成度高、工作速度快、编程方便、价格低廉的显著优点。通过CPLD和数据预生成的信号实现方法,无需改变硬件电路,即可实现信号参数的任意调整;同时外围电路十分简单,为工程调试和应用带来了方便。 D/A转换电路 D/A转换电路的实现如图3所示。 电路中,AD7545将波形数据转换为模拟信号;LF353进行信号滤波和整形。 图3 D/A转换电路 结语 采用上述方法设计的任意波形发生器,通过软件和硬件结合,充分发挥MATLAB强大的仿真功能,尽可能的减少了硬件开销。根据实际需要,可产生正弦波、三角波、锯齿波、方波等多种波形,可以产生线性调频信号(LFM),单频脉冲信号(CW),余弦包络信号以及他们之间的组合信号等多种波形参数;满足了工程需要。该任意波形发生器已应用于在研项目“水中运动目标轨迹测量”中,效果良好。

    时间:2019-03-22 关键词: cpld 单片机 嵌入式处理器 发生器 波形

  • 应用MSP430F149单片机的超低频波形发生器

    ;;; 摘要:介绍了应用MSP430F149芯片开发超低频波形发生器的设计原理及其在生理滤波器调试中的应用。 ;;; 关键词:MSP430F149芯片 单片机 波形发生器 滤波系统 在载人运输系统振动分析仪中常用超低频波形发生器作为仿真的信号源。要求在0.1Hz~100Hz范围内稳定工作,波形失真小,且能以0.1Hz为步长细调。传统超低频波形发生器设计中存在着很多的不足:(1)应用通用电路,元器件多,尤其是电容的体积大,且波形的稳定性差、失真大,调节上极不方便;(2)应用专用电路,如ICL8038、MAX038,其失真和稳定性方面有明显提高,但在超低频应用上仍不合适。而且电路调节器件多,对电源的要求较高,代价较大。鉴于目前开发的振动分析仪常采用微控制器,利用其富余的软硬件资源,建立调节方便、高精度的超低频波形发生器,极有推广价值。 根据《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》UIC513国际标准开发的SSD-J-2振动舒适度测量仪是基于MSP430F149的三维振动便携式分析仪,内含上下、左右、前后振动的生理滤器。为了调整和标定这组生理滤波器的精度,利用该单片机的一个PWM输出端配上II型的RC滤波,在软件支持下构成调节方便的超低频波发生器。经实用表明其性能达到UIC513标准的技术要求。 1 MSP430F149的内部结构 MSP430F149是美国TEXAS INSTRUCMENTS公司最新推出的16位超低功耗混合信号单片机,带有Flash存储器,具备很强的灵活性,方便修改代码及产品售后升级。它采用精简指令集(RISC),125ns指令周期,大部分的指令在一个指令周期内完成。1.8V~3.6V的供电电压,其超低功耗(供电电压2.2V,工作频率32kHz时,工作电流为7μA;供电电压2.2V,工作频率1MHz时,工作电流为250μA.)使超低频波形发生器可被设计成电池供电且长时间工作的系统。MSP430F149内含一个具有8个外部通道的12位高性能A/D转换器,一个具有自动扫描功能的容量为16个字节的可编程缓冲器,片内参考电压,一个温度传感器以及电池低压时的检测电路;内部具有两具定时器:带有7个捕获/比较寄存器的16位Timer_B和带有3个捕获/比较寄存器的16位Timer_A,在比较模式下可以产生PWM信号,控制DCO的频率,利用利用它们可以满足要求;该芯片具有60KB的闪速存储器,2KB RAM,采用串行在线编程方式,为用户修改程序和控制参数带来灵活的空间,而且内部的安全保密熔丝可使程序不被非法拷贝。此外,MSP430F149具有强大的中断功能,48个I/O此脚,两个串行通讯接口,10万次的擦写,超强的抗干扰能力。 2 超低频波形发生器的电路设计原理 用于人体乘坐的交通运输工具中的振动分析仪对信号有严格的滤波要求。UIC513标准中对Z方向(上、下)振动信号规定按图1的滤波计权曲线进行滤,其滤波频带为0.4Hz~16Hz,并且具台阶性。重要的是检验滤波的效果是评价振动舒适性的前提,滤波电路只有经过严格的标定校调后方能投入使用,所以需要采用低失真、超低频正弦信号源来标定电路。应用MSP430F149进行设计,电路十分简单。产生的波形精度取决于脉宽计数器的精度,最高可达16位,频率取决于软件所设计正弦表的大小、系统频率以及读取正弦表的时间长短。应该注意的是所设计的频率应该比需要的频率略高一些,这样由脉宽高制信号到正弦波信号的滤波电路阶数可以降低。其电路结构如图2。 3 用MSP430F149实现PWM功能的软件设计 在该超低频波形发生器的软件设计中,主要应用到了以下几个功能模块:Timer_B定时器、Timer_A定时器、CPU寄存器、片内的数字控制晶振以及XT1低功耗振荡器,其主程序流程图如图3所示。

    时间:2019-03-12 关键词: 嵌入式开发 单片机 低频 发生器 波形

  • 基于MSP430的波形合成器

    基于MSP430的波形合成器

    随着电力电子技术的发展,对信号的要求越来越高。在某些场合,对于信号的频率,相位以及失真度要求较高。高质量信号的合成显得具有特殊的地位。“信号系统”课程中,周期连续信号的分解与合成是学习的难点。加深对理论知识的理解,提高学生实践能力、创新能力以及理论联系实际的能力,实验是必不可少的。已知周期信号的数学表达式,按照傅立叶级数可以分解为无穷多个不同频率不同振幅的正弦信号;反之,无穷多个不同频率、不同振幅的正弦波可以合成各种周期信号。本系统利用一些常规的芯片设计了一系列电路,可以实现周期连续信号的分解与合成。本系统既可以帮助低年级的同学学习周期信号的分解与合成,又可以运用于实际,信号质量高,具有实用价值。1 波形合成器设计方案1.1 该系统的基本原理 任何周期信号只要满足狄利克雷条件就可以分解成直流分量及许多正弦、余弦分量。这些正弦、余弦分量的频率必定是基频的整数倍。根据函数的对称性与傅里叶系数的关系知,周期对称方波信号可以用无穷个奇次谐波分量的傅里叶级数来表示: 在本系统中只用取出前两项奇次谐波,然后合成即可得到近似方波、三角波。1.2 方波振荡电路 采用模拟分立元件或单片压控函数发生器以及FPGA都可以产生方波,但是采用模拟器件由于元件分散性太大,参数也与外接部件有关,外接电阻电容对参数影响太大,影响系统的稳定性,故本系统用FPGA产生方波。FPGA系统板上有晶振,可以产生高精度高稳定度的基准频率。利用镇相环可以输出频率稳定的信号源,如果对输出信号再进行分频就可以得到步进频率较细的频率源。分频的方法可以使用锁相环来实现。操作方便,输出信号稳定性好,可以产生频率为晶振的约数的任意频率。1.3 移相网络 移相是指对于两路同频信号,以其中一路为参考信号,另一路信号相对于该参考信号做超前或滞后的移相形成相位差。主要有数字移相法和RC移相两种。数字移相法通常采用延时的方法,以延时的长短来决定两路数字信号间的相位差。数字移相法移相量可以很大,但是在一个周期内采样点数较多,对AD和RAM的速度要求很高。用RC组成移相网络进行移相,由于回路呈容性,信号经过该网络后,相位发生变化。由于该方案简单,很方便实现-45°到+45°移相,足以满足需求,所以本系统采用了RC移相法。1.4 滤波电路设计 滤波电路用八阶低通椭圆开关电容滤波器,椭圆滤波器相比其他类型的滤波器,在阶数相同的条件下有着最小的通带和阻带波动。巴特沃兹滤波器的幅度函数是单调下降的,但巴特沃兹滤波器能实现最大平坦幅度滤波;切比雪夫低通滤波器的幅度响应在通带内是在两个值之间波动,在通带内的波动次数取决予滤波器的阶数。为进一步减小高次谐波对有用信号的影响并保证通频带内最大平坦幅度滤波,在开关电容滤波器后加上巴特沃斯低通滤波器。1.5 五选一通道选择 模拟开关和继电器都可以控制通道的选择。模拟开关的作用就是用在模拟信号的传输路径切换电路中,开关在电路中起接通信号和断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器,当驱动继电器的电路加高电平或低电平时,继电器就吸合或释放,其触点接通或断井电路。CMOS模拟开关是半导体器件,它不像继电器那样可以用在大电流、大电压的场合,当输入信号过低或者过高时,MOSFET处于反向偏量,当电压达到一定值时(超过限制0.3 V),开关无法正常工作,因此模拟开关只适用于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。模拟开关的导通电阻随输入信号的变化而变化,对信号有一定的影响。继电器寿命高、灵敏度高、转换速度快、电磁干扰小,故本系统使用继电器进行通道切换。1.6 检波方案的设计 常见的检波方法主要有两种:峰值检波和有效值检波。基本的峰值检波电路由二极管电路和电压跟随器组成,当输入电压正半周导通时,检波管导通,对电容充电。选择适当的电容值,使得电容充电速度大于放电速度,这样电容两端的电压可以保持在最大电压处从而实现峰值检波。峰值检波能检测的信号频率范圈很宽,被检测信号频率低时检波的纹波较大,且二极管是非线性元件,当交流电压较小时,检测的直流电压偏离其峰值较多。而采用有效值检波不仅可以直接测得各种波形的真实有效值,而且测量精度高。2 系统整体方案设计 本系统用FPGA产生方波,分频后用八阶椭圆低通开关电容滤波器MAX297初步滤波,然后用三阶低通巴特沃斯滤波器进一步滤波。分频滤波后即可得到10 kHz、30 kHz、50 kHz的正弦波。可通过按键选择波形和合成阶数。通过RC移相网络使得信号产生确定的相位差,根据方波三角波各次谐波组成关系,把各次谐波叠加,即可得到近似方波和三角波。各次谐波信号依次经过峰值检波电路处理后送入单片机,单片机对分频滤波后的信号采样,经过一系列处理后,将峰值用LCD显示。系统框图如1所示。3 系统硬件电路设计3.1 整个系统中电源的去耦问题 在整个系统中会用到很多的运算放大器芯片。一般来说,运算放大器的供电电源端应连接去耦电容(对交流放大器尤其需要),以消除信号电流通过电源内阻给电路带来的影响。运算放大器的性能不同,其去耦电容的容量也有所不同。对于低速运算放大器,一般在紧靠运放供电端与电源地之间接容量为0.1μF的电容就可以了,但是对于高速运算放大器,应当在紧靠运放的供电端与电源地之间用容量为10μF和容量为0.01μF的电容器并联连接。整个系统中所有的运算放大器都做了去耦处理,只是画图中为简单起见,省略了去耦电容。 除此之外,运算放大器的地线连接也有讲究,对于小功率运放而言,地线连接无特殊要求,但对于较大功率的运算放大器,地线连接相当重要。总的原则是地线应短而粗并且在同一点连接。本系统中数字地模拟地共存,因此设计时将所有模拟地和数字地分别连接,最后电路中的模拟地和数字地与电源地一点汇集。3.2 滤波电路 图2、图3中两个低通滤波器都是三阶巴特沃斯低通滤波器。有源滤波器适应在低频段(<100 kHz)的滤波,当频率较低时,若用无源滤波,电容、电感的元件值及体积都会很大,大电容电感不易获得,且误差较大,而有源滤波器则可以依靠运放在低频段的诸多优势(尤其是低噪声运放)达到很好的滤波效果。10 kHz、30 kHz、50 kHz信号经八阶椭圆开关电容滤波器滤波后,10 kHz、30 kHz、50 kHz信号再分别用理论截止频率为20kHz、35 kHz、55 kHz的低通滤波器滤波,理论值与实际截止频率有一定的偏差,为防止有用信号落在通频带之外,理论截止频率没有按照严格的10kHz和30kHz。3.3 移相电路 RC移相网络参数的计算:要求叠加后的信号移相范围为-45°~+45°,设A信号为Asin(ωt+45°),B信号为Bsin(ωt+45°),叠加后的信号为改变A和B的值就可以改变叠加后信号的相位。只有输入信号的频率与RC网络的谐振频率相同时,才会有45°的相移,因此随着输入信号频率的变化,RC网络的谐振频率也要相应的改变。根据公式f=1/2πRC (5)推导可得R值,取电容C为0.1μF,当输入信号的频率为100Hz时,R=16kΩ,当频率为1kHz时,R=1.6kΩ,当频率变为10kHz时,R=160Ω。输入的正弦信号经过RC构成的超前和滞后网络后经过运放(OPA37)构成的射极跟随器,然后通过电位器R3叠加,再经过放大电路通过一个电位器输出。电路图如图4所示。3.4 加法器 此加法器为同相加法器,由于集成运放可视为理想运放,其输入端可视为虚短和虚开路。在同向端运用节点电流方程可求得输出:3.5 有效值检波 有效值检波采用真有效值/直流转换芯片AD637能计算任何复杂波形的真有效值、平均值、均方值、绝对值,具有分贝输出(0~60 dB)。具有宽频带,量程在0~7 V范围内可调。 AD637内部结构包括有源整流器(即绝对值电路),平方/除法器、滤波放大器、独立的缓冲放大器、偏置电路五部分。使用AD637在测量峰值系数高达10的信号时附加误差仅为1%,且外围元件少、频带宽。对于有效值为200 mV的信号,-3dB带宽为600kHz;对于有效值为1V的信号。-3dB带宽为8MHz。该方案硬件简单,两且精度很高,效果理想。4 系统软件设计 软件流程图见图6,本系统选用MSP430F449单片机,主要负责对方波、三角波10k、30k、50k等各次谐波连行采样,并用LCD12864对各次谐波的峰值显示;在程序运行的过程中,可通过16x16矩阵键盘控制选择波形及阶数的切换。5 结束语 系统实现了对三角信号、方波信号的合成。从方波信号中分频滤波获得了10kHz、30kHz、50kHz的正弦信号,信号波形比较好,无明显失真,幅度峰峰值达到要求。最终合成的方波、三角波比较好,接近方波、三角波。从总体上看,系统的性能很好。

    时间:2019-03-11 关键词: 嵌入式开发 合成器 波形

  • 示波器稳定触发的三个步骤

    用示波器捕捉了一个未知信号,波形却在不断抖动,以致眼花缭乱不知所措?如何能让波形乖乖听话稳定下来,该调档位还是换触发?别急,3个步骤教你稳定触发。 1、Auto确定波形的外貌     图1 接入波形 把信号接进示波器后我们对它还一无所知,所以第1步是要先用Auto功能,将波形捕捉下来。如图2,Auto功能会根据信号的幅值,自动确定垂直档位,把波形都包含进显示屏内,并把触发阈值设置在中间,这样,我们就对波形有了第一印象:波形幅值有多大。     图2 Auto自动捕捉 现在,我们能确定的有:波形幅值,垂直档位。 2、Stop了解波形特征 波形垂直方向的幅值特征确定了以后,接下来我们要确定水平方向的,也就是时间特征。对此我们需要进行两个操作,1)稍微增大时基;2)点击示波器面板中的【Run/Stop】将波形停止下来。     图3 Stop分析波形特征 如图3这是一组连续发送的信号,每段长约24us。放大后观察,每段头部有大约2.2us的低电平,方波不平坦,但毛刺不高。持续2.2us低电平是个很好的触发点,至此,我们更深入的了解这个信号,现在我们可以确定:信号周期,时基档位,信号干扰(毛刺,过冲等),可触发的特征。 3、调整阈值和触发模式准确捕捉 有了上面2个步骤的铺垫,第3步的设置就变得水到渠成了。我们选用脉宽触发->低电平,因为这个波形的毛刺干扰不大,所以触发阈值保持不变。点击示波器面板中的【Run/Stop】使示波器重新开始采集,如图4,波形已经稳定下来,可以做进一步的分析了。     图4 稳定触发 ZDS4000示波器拥有丰富的触发方式,可以针对不同的场景进行触发。而对于未知的信号,关键就是要掌握波形的特征。只要牢记稳定触发3步骤,一步一步确定波形特征,再“调皮”的波形也能找到合适的方式稳定触发,面对未知不再迷惘。

    时间:2019-02-15 关键词: 示波器 波形 稳定触发

  • 产生精确PWM波形的DDS电路

    产生精确PWM波形的DDS电路

    脉宽调制是一种调制或改变某个方波的简单方法。方波占空比基本形式是随输入信号变化的。占空比是指方波的高电平时间和低电平时间之比。一个50%占空比的波形会具有50%的高电平时间和50%的低电平时间,而一个10%占空比的波形则具有10%的高电平时间和90%的低电平时间。PWM有许多应用,其中包括电动机控制、伺服控制、调光、开关电源,甚至某些音频放大器。在诸如MEMS(微机电系统)镜面传动器控制等应用系统中,有一个反馈系统必须对PWM进行调节。有个电路监测并控制PWM输出信号,然后根据应用系统要求改变占空比。输出频率对传动器进行调节,而占空比则设定传动器的速度。反馈回路控制阈值电平。本“设计实例”描述带反馈控制的高频率高分辨率PWM。首先,探讨一下PWM理论也许是有益的。图1 一个DDS电路可与一个比较器和一个带内部DAC和ADC的微控制器组合在一起,以便产生高分辨率的PWM输出信号。  几种可供选用的体系结构  传统的PWM用两个运算放大器来产生锯齿波形,用一个电位器来产生直流基准电压,再用一个比较器来产生PWM输出信号。这类设计的优点是切实可行而又成本低廉。遗憾的是,如不改变元件值就无法方便地对频率进行编程,而且频率微调也非常困难。这种方法的另一个问题是难以精确控制占空比。你可以使用数字式电位器来替代机械式电位器,但这样做会加大成本。产生PWM波形的第二种办法是采用ADμC824 MicroConverter(微转换器)。它除了提供两个PWM信号输出以外,还集成了几个ADC、几个DAC、一个与8052兼容的微控制器以及闪存。你可以配置出分辨率高达16位的PWM。不过,已编程的频率会影响PWM的分辨率。PWM的频率和分辨率如下:FPWM=16.777 MHz/N,式中N是以位表示的分辨率。  一个内部PLL可根据32千赫晶振推导出16.77MHz基准时钟。该基准时钟对PWM的输出信号进行采样。如前所述,N是PWM的分辨率,即位的多少。要达到16位的分辨率,PWM的最大频率是266Hz。频率为200kHz时,分辨率会降到大约6位。因此,ADμC832对于低频高分辨率系统来说是一种理想的低成本方法,但对于高频高分辨率系统来说并非如此。  DDS的实现  要求实时高分辨率频率调节和脉宽调制调节的系统,可以采用直接数字合成器(DDS)在大带宽范围内提供具有高频率分辨率的高精度锯齿波形。于是,你就可以在开环或闭环系统中将该信号作为比较器的输入信号。图1示出了一种产生具有可编程占空比的可编程方波的简便方法。AD9833型DDS把一个可编程三角形波送入AD8611比较器的一个输入端,并控制输出波形的频率。传动器的反馈回路控制比较器的阈值电平。AD8611是一个具有锁存功能和互补输出的4ns比较器。来自DDS的输入信号直接送到比较器的反相输入端。输出信号通过R1和R2反馈到非反相输入端。R1对R1+R2之比决定滞后窗的宽度,而VDAC设定滞后窗的中心,即平均开关电压。输出端在输入电压大于VHI时就转变为低电平,并且要到输入电压低于VLO时才再次转变为高电平,正如下式所示:VHI=(V+-1.5V-VDAC)(R1/(R1+R2))+VDAC和VLO=VDAC(R2/(R1+R2)),式中 V+ 是加到比较器的正电源电压,VDAC 是DAC设定的电平。AD8611能接收峰—峰电平为400mV的100兆赫信号,也能接收几十毫伏的输入信号。AD9833可利用DDS体系结构产生正弦波和三角波输出信号。AD9833在一块芯片内含一个采用28位相位累加器的数值控制的振荡器、一个正弦ROM以及一个10位数/模转换器(图2)。图2 一个DDS电路可在一块芯片上包含一个采用28位相位累加器的数控晶振、一个正弦ROM以及一个10位数模转换器。  你一般根据其振幅公式来考虑正弦波:a(t)=sin(vt)。但是,这些波形都是非线性的,而且难以产生。另一方面,角信息本质上又是线性的。这就是说,相位角在每一时间单位内转过某一固定角度。只要知道一个正弦波的相位是线性的,又已知基准间隔(时钟周期),你就可以确定该周期内的相位旋转:  相位=ωdt;  ω=Δ相位/dt;  f=(Δ相位×fMCLK)/2π,  式中dt是主时钟频率fMCLK的倒数。只要知道相位和主时钟频率,便可以利用这一公式产生输出频率。相位累加器提供28位的线性相位。正弦ROM以数字格式存储输出正弦波的振幅系数。DAC把正弦波转换成模拟域。如果你旁路正弦ROM,则AD9833就会产生三角波,而不是产生正弦波。你可用写入频率寄存器的方法给该器件编程。于是,从该器件输出的模拟信号是fOUT=(fMCLK/228)×(频率-寄存器字)。  DDS输出信号具有28位分辨 率,因此有效频率步长有可能达到0.1Hz数量级,而频率最高可达大约10MHz。两个相位寄存器具有12位相位分辨率。这些寄存器可使信号移相,移相值为PSHIFT=(2π/4096)×(相位-寄存器字)。一个25MHz的晶振为DDS提供基准主时钟。DDS的输出级是一个摆幅为0.7VP-P的电压输出DAC,其负载是一只200Ω内部电阻器。增加负载电阻RL会降低输出电压的峰—峰值,从而可以把DDS的峰—峰输出调到比较器的输入范围内。DDS的输出端通常有一个滤波级。滤波级的用途是滤除基准时钟频率、像频和更高频率的馈通信号,并限制所考虑的信号的带宽。  图3示出了图1中AD8611比较器的典型输出曲线图。DDS的输入信号是一个调到1MHz的三角波。每个曲线图都示出了各种不同阈值电压的PWM输出。在图1的闭环电路中,你可以把PWM的输出调到12位精确度。并可使用许多种脉宽调制方法;所用方法取决于应用系统。对于低分辨率应用系统来说,采用运算放大器和电位器的传统方法是可以接受的,也很经济实惠。对于低频高分辨率应用系统来说,ADμC832则是一种免费增加功能的单芯片方法。对于要求频率微谐的高分辨率 高频应用系统来说,你可以将一个DDS和一个比较器组合在一起,产生精密的高频PWM波形。

    时间:2019-02-14 关键词: 电路设计 电路 pwm 精确 波形

  • 基于DSP芯片设计的一种波形发生器

    董卓敏 王永 孙德敏  摘 要:给出了一种基于dsp芯片tms320f240的对称规则spwm信号生成法,较为详尽地分析了spw m信号的谐波成分、总谐波失真度及其和载波比的关系。由于只需知道采样时刻,就可确定该采样周期内脉冲信号的开关点,因此spwm特别适合在线计算。对生成的spwm信号进行fourier分析,结果表明,正弦波经过该方式调制以后,输出信号中不含有直流成分;当载波比为偶数时,输出信号中不含偶次谐波;提高载波比有利于滤除高次谐波。根据以上特点,将spw m应用到某型制冷机减振电机的驱动上,对实测的电压和电流信号进行分析,其结果与理论分析相吻合。与采用模拟信号驱动的方式进行了比较,最后给出了实验结果。  关键词:正弦脉宽调制;谐波分析;总谐波失真度;数字信号处理;tms320f240 引 言  随着电力电子的迅速发展,逆变技术已越来越多地应用到各个领域中。尤其是脉宽调制(pulse-width modulation,pwm)技术的出现,使逆变器得到更为广泛的应用。就pwm的控制技术而言,为适应不同的应用场合和性能要求,提出了多种不同的开关器件通断控制策略[1]。如最简单的等脉宽pwm法,改变其脉冲周期可以调频,改变占空比可以调压;其缺点是输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量。正弦脉宽调制(sine pwm,spwm)法是为了克服等脉宽pwm法的缺点而发展起来的。  对于实时计算的pwm控制方法常常需要建立数学模型,较为常用的是采样型的spwm法。文[2]指出,在对正弦波进行调制时,采用三角波作为载波比用锯齿波产生更少的谐波分量,自然采样spwm法就是通过正弦波与三角波的比较来决定开关点的位置,原理简单易于用模拟电路实现。由于其开关模式不能用显式表达,难以用微机实现实时控制,因此发展了规则采样法。  本文给出了一种基于dsp的对称规则spwm生成法,在建立规则采样法数学模型的基础上,分析输出波形的谐波成分,进而讨论谐波抑制的策略;然后,将spwm法应用到某型制冷机减振电机的驱动上,并与采用模拟驱动的方式进行了实验比较,给出了实验结果。1 对称规则spwm的生成  当使用正弦波调制时,已经证明,在交流电机(如感应和直流无刷电机)的相电流中,对称的pwm信号比非对称的pwm信号引起的谐波失真更小[2]。  这里给出使用ti公司的dsp芯片tms320f240产生pwm信号的原理:为了产生pwm信号,由单独的定时器产生载波周期。当前需调制的数值与最大的调制数值相减,其差作为比较对象,不断地与定时器计数器的值进行比较。当两个值匹配时,相关的输出就发生跳变(从低到高或从高到低)。这样就产生了输出脉冲,它的开启(或关闭)时间与被调制的数值成正比,改变调制数值,相关引脚上输出的脉冲信号的宽度也随之改变。图1给出了对称规则pwm波形生成的原理。2 数学模型及谐波分析  设正弦调制波为us(t)=asin(2πft),其中,a为正弦波幅值,f为频率,正弦波周期t=1/f。为提高输出信号基波的最大值,应尽量采用大的调制深度m[3],这里假设m=1。设pwm信号的幅值为e,载波比n为大于1的整数。在一个正弦波周期内,共有n个pwm脉冲,对于第n个脉冲而言:采样时刻为t(n- 1)/n,采样值为asin(2π(n-1)/n),由于脉冲宽度与采样值成比例及调制深度m=1,所以第n个脉冲的宽度设第n个脉冲的两次跳变时刻分别为tln,trn(如图1示),则  由式(2,3)可知,在对称规则采样的情况下,只要知道采样时刻n,就可以确定出这个采样周期内脉冲信号的开关点。   图2表示一个周期内正弦波调制后的pwm输出波形,对它进行fourier变换,可以得到 考虑到上式第二项绝对值符号内的数小于0,因此

    时间:2019-01-25 关键词: DSP 芯片 嵌入式处理器 发生器 波形

  • 利用8XC196MC波形发生器控制电机

    利用8XC196MC波形发生器控制电机

      O 引言  步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如,在仪器仪表,机床设备以及计算机的外围设备中(如打印机和绘图仪等),凡需要对转角进行精确控制的情况下,使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。  MCS-96系列16位单片机特别适用于各类自动控制系统,如工业过程控制系统,伺服系统,分布式控制系统,变频调速电机控制系统等,还适用于一般的信号处理系统和高级智能仪器,以及高性能的计算机外部设备控制器和办公自动化设备控制器。这些系统通常要求实时处理,实时控制。由于8XCl96MC单片机完善而卓越的性能,它必将在智能仪表、家用电器、计算机终端设备、汽车电子、人工智能、机器人、机电一体化以及传统设备改造等广泛的应用领域中大显身手,充分发挥其优点,因此,它具有良好的发展前景。  1 波形发生器  1.1 片内波形发生器WFG概述  片内波形发生器’WFG(Wave Form Generator)是8XCl96MC/MD独具的特点之一。它有三个同步的PWM模块,每个模块包含一个相位比较寄存器、一个无信号时间(dead— time)发生器和一对可编程的输出。WFG可以产生独立的3对PWM波形,但它们有共同的载波频率、无信号时间和操作方式。一旦启动之后,WFG只要求 CP[J在改变PWM的占空比时加以干预。波形发生器的专用寄存器有双向计数器’WG—COUNT、重装载寄存器WG—RELOAD、相位比较缓冲寄存器 WG-RCOMPX、控制寄存器WG·C0N、输出控制缓冲寄存器WG—OUT。用户可以对WG—RELOAD寄存器进行写操作,而它的值周期地(取决于操作方式)装到第2个寄存器中,用这个计数器比较寄存器与WG—COUNT比较。对第2个寄存器的装载发生于WG-COUNT一1或WG—COUNT的值等于计数器比较寄存器的值时,与WFG的操作方式有关。若写“O”到WG—RELOAD寄存器中,则当该值装入计数器中,它就停止计数。  1.2 波形发生器基本工作原理  波形发生器从功能上分3部分。时基发生器,相位驱动器通道和控制电路。时基发生器为PWM建立载波周期。该周期取决于WG—RELOAD寄存器的值和操作方式。时基发生器的核心是一个16位双向计数器WG—COUNT,可工作于4种不同的方式,产生中心对准或边沿对准的PWM,中心对准的PWM波形所造成的谐波小,通常采用中心对准方式。相位驱动通道决定PWM波形占空比。它有3个独立的相位驱动通道,它们电路是一样的,每个通道有一对可编程的输出。每个相位通道包含一个可编程的无信号时间发生器,用来防止一对互补输出在同一时刻都有效。控制部分包含一些用来确定工作模式和其他配置信息的寄存器。一个可编程的保护电路可监视。EXTINT输入脚,若检测到一次有效的事件,就产生一次中断,禁止波形输出。  时基发生器WG-COUNT的工作方式O、1在上电复位后WFG中所有寄存器的值为O。计数器停止工作,写入到WG-REL0AD中的所有值在1/2状态周期(一个晶振周期)后有效,首次写入WG—RELOAD的值将传送给WG—COUNT,若WG—CON寄存器中的允许计数位EC一1,开始减l计数,至 0001H,等待一个状态周期后再加1计数,直至WG—COUNT中的值等于计数比较寄存器的值,此时完成一个载波周期。当计数比较寄存器的值与WG— COUNT相等时,WG—RELOAD的内容装入WG—COUNT和计数比较寄存器;WG-COMPX(X一1,2,3)的内容装入相位比较寄存器;输出缓冲寄存器的内容装入WG—OUT;在PI—PEND寄存器中把WG中断标志置1。在原来(或新)的值重新加载到WG—COUNT后,WG—COUNT开始新一个开关周期的计数,循环往复。’WG—COUNT的输出数据与时间的关系是三角形。载波周期Ts=4×WG-RELOAD/Fxtal(μs); WG-RELOAD是16位的二进制数;Fxta是xtal引脚上的晶振频率,不考虑无信号时间时;输出“有效”的时间是ToutpuT=4×WG- COMP/Fxtal(μs),其中WC-COMP的值是16位,等于或小于WG-RELOAD,占空比=WG-COMP/WG-RELOAD× 100%。由此可见,改变WG-RELOAD的值,不仅会改变PWM的载波周期,而且也会改变PWM的占空比。只有在改变WG-RELOAD的同时,按比例改变WG-COMP,才可能在改变载波周期的同时不改变占空比。  工作方式0和1产生的都是中心对准的PWM。在方式0中,每个载波周期产生一次中断请求,产生于计数器三角波的峰顶(WG-COUT=WG- RELOAD),此时,波形发生器各缓冲器的值将重装载到关联寄存器中。方式2和3是边沿对准的PWM,计数器工作于向上计数方式,它计数器波形是锯齿状波形。  2 控制步进电机原理  2.1 步进电机控制工作原理  步进电动机又称脉冲电动机,步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。每当输入一个脉冲,电动机就转动一个角度前进一步。因此,步进电动机输出的角位移与输入的脉冲数成正比,相应地转速与脉冲频率成正比。控制输入脉冲的数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序,就可以得到各种需要的运行特性,电机的位置和速度由导电次数 (脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定,步进电机的型号便确定下来了。步进电机以相数可分为:二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。它们都广泛运用于数字控制系统中。  四相步进电机控制电路如图1,本方案使用了8XC196MC波形发生器的两组输出。它由输入电路、微处理器、功放电路等构成,控制驱动步进电机的时序是半步距时序。一个调制周期控制八拍。它的控制时序是A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A(正转),DA-D-CD-C-BC-B-BA-A-DA (反转)。  步距角:Qn=360°/8*转子齿数=360°/8*50=0.9°(转子齿数=50),则步进电机转一圈所需的步进数:360°/0.9°=400,根据输入信息决定电机的转动。  2.2 电源一频率控制特性  电源一频率控制特性(AMP)数据表的建立,由于所加的是直流信号,故可以认为电流与电压成正比,控制电流也就是控制电压。当调制频率为0时,电流幅值最大,表格数据规化为65535(0FFFFH),调制频率为400 Hz时,电流幅值数据为0,中间隔0.25 Hz取一个数据。最高调制频率为200 Hz,故表格包含数据801项数据,共占1 602字节。所以WG_COMP=AMP×WB_RELOAD/216.其中:WG_COMP是装入相比较寄存器的值;AMP是由表格查得的电流幅值; WG-RELOAD是载波周期。  2.3 程序框图  主程序初始化须设置允许CAPCOMP0(INT02)中断,允许EXTINT(INT14)中断,设置最小、最大调制频率,设置初始电流幅值,设置PWM载波周期,设置初始PWM占空比,开中断等。由输入电路装入调制频率,比较调制频率,并控制调制频率的极限在初始设置最大到最小范围内。查表取出AMP表中的数据,并计算再次节拍时间。CAPCOMP0中断子程序对电机的八拍转动特性进行控制输出,并在中断程序最后修改占空比和下一次中断时间。  3 结束语  本文利用单片机技术控制电机转动工作,使编程由复杂化走向简单化。INTEL公司的8XC196MC 系列是专门为电机高速控制所设计的一种16位微控制器,其后缀MC正是英文“电机控制器”(Motor Controller)的字头缩写,已被广泛用于电机的控制中。它具有性能高,功能全,用户使用方便等特点,尤其是高速的处理能力和对交流电的特殊应用,因此它必将在我国的智能领域控制广泛应用,也将带来可观的经济效益。

    时间:2019-01-21 关键词: 电机 发生器 波形 驱动开发 xc196mc

  • 基于FPGA的DDS任意波形发生器

      目前利用专门dds芯片开发的信号源比较多,它们输出频率高、波形好、功能也较多,但它们的rom里一般都只存有一种波形(正弦波),加上一些外围电路也能产生少数几种波形,但速度受到很大的限制,因此使用不是很灵活。为了增加灵活性,可以采用fpga实现dds技术,把dds中的rom改用sram,sram作为一个波形抽样数据的公共存储器,只要改变存储波形信息的数据,就可以灵活地实现任意波形发生器。  该系统主要由dds系统、数模转换及输出信号调理等部分组成,由单片机控制,外加键盘及显示等人-机接口部分。dds系统是设计的关键,主要由相位累加模块、地址`总线控制模块、数据总线控制模块及波形数据存储器sram等组成。其中,相位累加模块、地址总线控制模块和数据总线控制模块都是在fpga上实现的。相位累加器是整个dds系统运转的关键,其设计的好坏直接影响到整个系统的功能,它实质上是1个带反馈的ⅳ位加法器,把输出数据作为另一路输入数据与送来的频率控制字进行连续相加,产生有规律的ⅳ位地址码。设计中可采用流水线技术实现加法器。  在频率更新时钟上升沿时,频率控制字κ锁存于ⅳ位的频率控制字寄存器内。在参考时钟的每一个时钟脉冲到来时,控制字κ与相位累加器内容进行模2加,得到ⅳ位波形相位值。再将ⅳ位的相位码截去低b位,用高胚位(m=n-b)作为地址对sram寻址,输出s位的波形幅度值,形成数字化的波形。数字化波形通过dac后,输出模拟的阶梯化波形,阶梯波经过低通滤波器平滑后,生成连续波形。  该系统同时还扩展有sram波形存储器和rom波形存储器,分别用来存放所需波形抽样数据和预置标准输出波形抽样数据。系统的原理框图如图所示。波形的抽样数据存放在rom里,当要产生某种波形时,输入相应的控制信息,系统将抽样数据从rom里加载到sram里,以供fpga工作时寻址查表使用。当所需波形不是标准波形时,可以通过在线编程产生所需波形的抽样数据,直接将抽样数据存人sram,以便频率合成时使用,这样就可以产生任意波形的信号。  用fpga设计dds电路比采用专用dds芯片更为灵活。因为只要改变sram中的数据,就可以产生任意波形,因而具有相当大的灵活性。fpga芯片还支持在线升级,将dds设计嵌入到fpga芯片所构成的系统中,并采用流水线技术,其系统成本并不会增加多少,而购买专用芯片的价格则是前者的很多倍。因此,采用fpga来设计dds系统具有很高的性能价格比。  欢迎转载,信息来自维库电子市场网()

    时间:2019-01-16 关键词: FPGA 嵌入式开发 发生器 dds 波形

  • 产生几种不同的波形

    要求:利用DA转化产生几种不同的波形,例如三角波,锯齿波等等#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define juchi 0#define fangbo 1#define sanjiao 2#define zhengxian 3uchar xdata DA_CS _at_ 0xA000;uint i;uchar tag;void delay(int ms){ int i,j; for(i = 0;i < 50;i++) for(j = 0;j < 60;j++) { ; }}void time0() interrupt 1{ TH0=(65535-10000)/256; TL0=(65535-10000)%256; switch(tag){ case juchi: //锯齿 i++; DA_CS=i; break; case fangbo: i+=85; if(i==255){ i=0; } DA_CS=i; break; case sanjiao: for(i=0;i1;i--){ DA_CS=i; // if(i = 0x80) delay(30); delay(1); } break; case zhengxian: break; }}void main(){ TMOD=0x01; TR0=1; IE=0x82; TH0=(65535-10000)/256; TL0=(65535-10000)%256; i=0; tag=sanjiao; while(1);}

    时间:2018-11-30 关键词: 波形 da转化

  • 信号源生成和下载波形的常用方法

    现代矢量信号源一般具有任意波形发生功能,能够覆盖无线通信、无线互联以及脉冲雷达等领域的大多数应用。但是信号源硬件上自带的信号发生功能一般只支持几种标准的信号产生,如果用户需要针对自己特定的应用产生对应的波形,则需要自己编写波形文件并下载到信号源中播放。以下我们将以Keysight是德科技矢量信号源为例,介绍几种常用的波形产生和下载方法。最简单的方法:使用signal studio软件生成和下载。是德科技Keysight Signal studio(包含embedded software)能够提供多达20余种的标准信号产生软件,包含GSM,WCDMA,LTE等蜂窝通信制式,WLAN,Bluetooth等无线互联应用,Digital Video,DMB等数字音视频广播以及脉冲雷达等应用。通过简洁而直观的图形界面,用户可以灵活配置各种参数,并将波形文件通过网线或者GPIB的方式下载到信号源中进行播放。这种方法特别适用于依据各种标准进行研发和生产的客户,包括基站厂商,终端厂商等。Signal studio所支持的信号制式及使用说明请参照一下链接:http://www.keysight.com/en/pc-1000002073:epsg:pgr/signal-studio-software?nid=-536902344.0&cc=US&lc=eng&pselect=SR.Looking最灵活的方法:使用通用的编程环境生成和下载波形文件。安捷伦的矢量信号源支持用户自定义的波形文件。用户可以使用以下两类软件来生成自定义的波形文件并下载到信号源中:(1)仿真软件:包括Matlab,安捷伦的ADS以及SPW等。鉴于Matlab在信号仿真以及教育科研中广泛应用,安捷伦提供了基于Matlab的信号生成和下载模板Waveform Download Assistant,用户只需修改其中的信号IQ表达式以及目标信号源VISA地址即可实现基于Matlab的自定义波形产生,其具体程序和使用说明可从以下地址获得:http://www.keysight.com/main/software.jspx?cc=CN&lc=chi&id=84805(2)高级编程语言:包括C , VB, VEE, MS Visual Studio.Net, Labview等。这些编程语言能够产生自定义的IQ样点,并通过VISA等接口控制信号源,从而实现波形文件的生成和下载。基于这些语言的波形产生方法请参见以下文档以及各信号源的编程手册:http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/E4400-90627.pdf通过编程生成波形文件的方法相对灵活,能够支持非标准的客户自定义信号,比较适合于产品早期研发及特定应用领域。最快捷的下载方法:Toolkit下载工具以及FTP,USB传输方式。当用户已经拥有波形文件或者IQ数据的时候,上述方法是最快捷的下载方式。当用户从信号分析工具或者其他渠道获得IQ数据样点的时候,无需再用编程工具将其转化为信号源可识别的波形文件。是德科技Keysight提供免费的IQ数据下载工具N7622A Toolkit帮您节省宝贵的时间,客户只需在软件中导入对应的IQ文件,并设置正确的采样速率即可。当客户从其他渠道得到信号源可识别的波形文件时,也可以通过FTP的方式访问信号源的内部存储器,将波形文件放入相应的文件夹即可。是德科技的MXG系列信号源具备USB接口,可以更为方便将外部波形文件通过U盘等方式直接导入信号源。

    时间:2018-11-23 关键词: 信号源 波形

  • 示波器的那些事-示波器的波形

    波形形状揭示了信号的大量信息。在任何时候,在您看到波形高度变化时,你就知道电压已经变化。在任何时候,在有一条平坦的横线时,您就知道在这段时间内没有任何变化。平直的对角线表示线性变化,表示电压以稳定的速率上升或下降。波形上的锐角表明突然变化。 波的类型 您可以把大多数波分成下面几类: 1、正弦波 2、方波和矩形波 3、锯齿波和三角波 4、阶跃和脉冲状 5、周期信号和非周期信号 6、同步信号和异步信号 7、复合波正弦波 基于多种原因,正弦波是基础波形。它拥有和谐的数学特点,在三角波教学中,您可能已经学同样的正弦形状。墙上插座中的电压以正弦波形式变化。信号发生器的振荡器电路生成的信号通常是正弦波。大多数AC电源生成正弦波。(AC表示交流,当然电压也会交替。DC表示直流,意味着稳定的电流和电压,如电池生成的电流和电压。) 阻尼正弦波是电路中可能会看到的一个特例,它会振荡,但随着时间推移而逐渐减少。方波和矩形波 方波是另一种常见的波形。基本上,方波是一种以定期间隔开关(或变高和变低)的电压。它是放大器测试使用的标准波,好的放大器会以最小的失真提高方波的幅度。电视、广播和计算机电路通常定时信号中使用方波。 矩形波与方波类似,但高低的时间间隔长度不等。在分析数字电路时,矩形波特别重要。锯齿波和三角波 锯齿波和三角波来自为线性控制电压设计的电路,如模拟示波器的水平扫描或电视的光栅扫描。这些波电压电平之间的跳变会以恒定速度变化。这些跳变称为斜波。阶跃和脉冲形状 发生很少或非定期发生的信号(如阶跃和脉冲)称为单次信号或瞬态信号。阶跃表示电压突然变化,与打开电源开关时看到的电压变化类似。 脉冲表示电压突然变化,与打开电源开关、然后再关上电源开关时看到的电压变化类似。脉冲可能表示经过计算机电路传送的一比特信息,也可能是电路中的一个毛刺或缺陷。一起传送的脉冲集合会构成一个脉冲串。计算机中的数字器件使用脉冲互通。这些脉冲可以采取串行数据流的形式,也可以使用多条信号线,表示并行数据总线中的值。脉冲在X射线、雷达和通信设备中也十分常见。周期信号和非周琪信号 重复的信号称为周期信号,一直变化的信号则称为非周期信号。静态照片可以比作周期信号,而动画则相当于非周期信号。同步信号和异步信号 在两个信号之间存在定时关系时,这些信号称为同步信号。计算机内部的时钟、数据和地址信号都是同步信号。 异步信号用来描述之间不存在定时关系的信号。由于触摸计算键盘上的键这种操作与计算机内部的时钟之间没有时间相关,因此这些操作被视为异步信号。复合波 某些波形把正弦波、方波、阶跃和脉冲的特点结合在一起,得到复杂的波形。信号信息嵌入的形式可以是幅度、相位和/或频率变化。例如,尽管图中的信号是普通的合成视频信号,但它有嵌入到低频包络中的多个高频波形周期组成。 在这个实例中,通常最为重要的是要了解阶跃之间的相对电平和定时关系,为观察这个信号,您需要一台示波器,捕获低频包络,采取辉度等级方式混合到高频波中,从而可以作为目视解释的图像,看到整体组合。数字荧光示波器最适合观察复合波,如视频信号,如图所示。其显示画面提供了必要的发生频率信息或辉度等级,这对了解波形实际操作至关重要。 某些示波器允许以特定方式显示特定的复合波形类型。例如,电信数据可以显示眼图或星座图。 电信数字数据信号可以在示波器上显示为特殊类型的波形,称为眼图。眼图这一名称源于波形类似于一串眼睛,如图所示。在来自接收机的数字数据被采样,并应用到垂直输入时,会生成眼图,同时数据速率用来触发水平扫描。眼图显示一个比特或一个单位间隔的数据,所有可能的边沿跳变和状态都叠加在一个全面的视图中。 星座图表示数字调制方案调制的信号,如正交幅度调制或相移键控。 总结 本章内容介绍示波器的波形

    时间:2018-11-15 关键词: 示波器 波形

  • 反激电源仿真波形

    反激电源仿真波形

    图1是输出电压波形,我们可以看到输出电压存在过冲,要解决这个过冲可以在芯片COMP端外接一个软启动电容。接下来给大家看下在这个过冲阶段电路其他地方的波形。 图2是采样电阻上的电压和次级二极管上电流的波形,从此图我们可以看到芯片内部电流检测比较器工作的两个极端:在电压比15V低很多时,采样电压达到极限1V关断,在电压过冲阶段,比较器负端输入电压为0,所以导致输出脉冲占空比近似为0,开关管一直关断,输出电流完全由输出电容提供,直到过冲结束。

    时间:2018-11-06 关键词: 仿真 电源 电源技术解析 波形 反激

  • 榨干你的示波器– 连载3

    (4)——我的地盘我做主示波器这个玩意儿,虽说有明确的资产所有人,不过流动性实在太大,瞻之在前忽焉在后,而且经常神龙见首不见尾,连办暂住证都赶不及。虽然你有你的爱好我有我的想法,但大家都用一样的菜单,是不是欠缺了点什么?没错,这是一个个性化的时代,大家的Windows桌面还不一样呢,凭啥要用一样的示波器?难道没有定制快捷菜单的地方么?其实,是有的。个性化并不仅仅代表着与众不同,而且还代表着与自己的使用习惯一致带来的效率提升。来看看每一台Tek示波器都有的MyScope功能吧,菜单上一眼就能看到,但是你肯定从来没有注意过它——每一台示波器对你来说都是个过客,一个过客通常是不会去关注这种一眼看起来就很个性化的选项的。其实不然,在这个电子化的时代,“配置”这个玩意都是可以带着走的。打开MyScope菜单,选择Edit或者New,新建一个属于你自己的tcw文件。然后,就来制作属于你自己的快捷控制台吧。方法极其简单,那就是“打钩”+“拖放”,看中哪个,就把哪个拖进来!!用阿Q的话说:革命啦,我想要谁就是谁!选择你最常用的菜单项目,同一个项目中的不同子项,需要的打钩,然后把右边的按钮样板拖放到下面的格子中(图中正在灰行的那个窗口,不是BUG,是我正在拖放中~~)。一个Tab1不够的话,还能来个New Tab,又是一片新天地……我的地盘我做主~~(我尝试过,最多可以加7个,再牛的人也够用了)。最后将这个配置保存到示波器中,更可以保存到你自己的计算机中,以后在使用别的示波器的时候,也可以把这个配置拷过去,然后在该示波器的MyScope菜单中打开。如果哪天你看到有一个人,拿到示波器的第一件事就是导入自己的tcw文件,你就能明白:他操作的不是示波器,是寂寞……(5)——弱水三千,只取一瓢这个技巧大多数人都知道,放在这里也就是个推广作用,捎带着帮忙赚吆喝的,有钱的也不用捧钱场,有人的照旧捧人场就行了~~在测量菜单中,有很多很多的测量选项,我想要量谁就是谁,我的地盘还是我做主。可是测量的对象呢?波形?具体一点说,屏幕显示的波形?对的,狭义来说就是这个(广义来说是存储深度中的采样范围)。但我如果只想测量屏幕显示波形的其中一小段呢?一点,我只要一点点……这还能由得了我做主么?最直接的做法就是把时基缩小,波形放大,让我想测量的那一段波形正好充满屏幕,这不就结了么?不过,还是有更直接的做法的。在Measure菜单下,选择Gating。这个下面有好多选项,默认是OFF。在这个时候,默认的测量范围就是全屏幕。不过,牛人用的都是是Cursor(一般人我不告诉他)。更牛的人用Zoom~~。在Cursor设置下,测量对象被限定为两个游标之间所夹的波形,想具体看哪段,就把游标移到哪段,想看多长的一段,就看多长的一段~~同理,在Zoom设置下,测量对象就是Zoom窗口中显示的那一段。还是阿Q的那句老话,革命啦,我想要谁就是谁……

    时间:2018-10-24 关键词: 示波器 波形

  • 数字示波器原理及优缺点介绍

    数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点,其使用日益普及。下面小编为大家介绍数字示波器的原理及其优缺点,帮助大家进一步的认识和了解数字示波器:数字示波器原理:利用电子束打在涂有荧光物质的屏面上产生细小的光点。在被测信号的作用下,电子束可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。数字示波器优缺点优点1.体积小、重量轻,便于携带,液晶显示器。2.可以长期贮存波形,并可以对存储的波形进行放大等多种操作和分析3.特别适合测量单次和低频信号,测量低频信号泵挥心。4.更多的触发方式,除了模拟示波器不具备的预触发,还有逻辑触发、脉冲宽度触发等5.可以通过GPIB、RS232、USB接口同计算机、打印机、绘图仪连接,可以打印、存档、分析文件6.有强大的波形处理能力,能自动测量频率、上升时间、脉冲宽度等很多参数缺点1.失真比较大,由于数字示波器是通过对波形采样来显示,采样点数越少失真越大,通常在水平方向有512个采样点,受到最大采样速率的限制,在最快扫描速度及其附近采样点更少,因此高速时失真更大。2.测量复杂信号能力差,由于数字示波器的采样点数有限以及没有亮度的变化,使得很多波形细节信息无法显示出来,虽然有些可能具有两个或多个亮度层次,但这只是相对意义上的区别,再加上示波器有限的显示分辨率,使它仍然不能重现模拟显示的效果。3.可能出现假象和混淆波形,当采样时钟频率低于信号频率时,显示出的波形可能不是实际的频率和幅值。数字示波器的带宽与取样率密切相关,取样率不高时需借助内插计算,容易出现混淆波形。

    时间:2018-10-18 关键词: 波形 数字示波器 数据分析

  • 心电模拟波形发生系统

    0 引言  随着现在社会的发展,人们也日益开始关注健康事业的发展,对医学技术的要求也越来越高。现实中很多病例无法通过现实病例学习,更多的医生培养只能通过模拟设备进行,心电波形模拟波形发生系统的设计就是其中一个例子。  心电模拟发生系统使用4种不同频率的标准心电波形及用于测试的方波、锯齿波、三角波和正弦波,通过算法拟合出病人的34种异常心电波形(包括成人和儿童的),各周期波形可采用插入不同的延时子程序来实现。提取医院病人的异常心电波形,通过拟合的方法可以模拟和转换除颤后的正常波形,依据此方法设计出一个心电信号发生系统,系统可以采集、模拟任意导联心电信号,并将结果存储到心电数据库供研究分析使用。最后设计出一种用微控制器和波形输出以及键盘转换电路构成的心电模拟波形发生器。  该系统是根据标准心电图的有关原理,利用数字技术和软件仿真相结合的原理研制而成的,严格按照医学的相关规定,产生的模拟心电波形完全满足医学教学的目的,在各种病人异常心电图的关键点处达到几乎逼真的效果。当系统接收到高压除颤信号以后,根据系统的预设置,将异常心电波形转换成正常的心电波形,这就模拟了一次正常的高压除颤过程。该系统可以用于医疗培训机构,使学员快速掌握心电除颤的原理和方法,省去了很多不必要的麻烦,具有广阔的市场前景。1 系统设计  心电模拟波形系统主要以ARM9处理单元为核心,另外还有高压除颤采集电路、D/A转换模块、波形输出电路、键盘接口电路与监护仪信号匹配以及应用程序的设计等几个部分。  ARM微处理器是一种高性能、低功耗的32位微处器,它被广泛应用于嵌入式系统中。ARM9代表了ARM公司主流的处理器,已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。  本系统采用的ARM9嵌入式开发平台,主要利用ARM9丰富的I/O资源和快速处理的强大功能。ARM9处理器的主要结构及其特点如下:  (1)32 b定点RISC处理器,改进型ARM/Thumb代码交织,增强性乘法器设计。支持实时(real-TIme)调试。  (2)片内指令和数据SRAM,而且指令和数据的存储器容量可调。  (3)片内指令和数据高速缓冲器(cache)容量从4 KB~1 MB。  (4)设置保护单元(protcction unit),非常适合嵌入式应用中对存储器进行分段和保护。  (5)采用AMBA AHB总线接口,为外设提供统一的地址和数据总线。  (6)支持外部协处理器,指令和数据总线有简单的握手信令支持。  (7)支持标准基本逻辑单元扫描测试方法学,而且支持BIST(built-in-self-test)。  (8)支持嵌入式跟踪宏单元,支持实时跟踪指令和数据。  新一代的ARM9处理器通过全新的设计,采用更多的晶体管,能够达到高于ARM7处理器两倍以上的处理能力。这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。

    时间:2018-09-24 关键词: 系统 发生 嵌入式开发 心电 波形

  • 基于AD9957的多波形雷达信号产生器实现方案

      本文讨论的基于AD9957的多波形雷达信号产生器实现方案,融合了RS 232串口通信、FPGA和DDS等多种技术,具有数字化、多功能和可编程的特点,并在模块化设计方面做了一些探索和尝试性研究。  1 整体方案设计  图1为多波形雷达信号产生器的总体结构框图。系统主要由PC软件,波形控制和波形产生三部分构成。图1中各部分电路简介如下。    (1)PC软件编程。应用VC编写人机交互界面,并用其调用Matlab产生的数据。  (2)复位电路。波形产生器的上电复位或手动复位电路,对波形产生器进行上电初始化或手动初始化。  (3)波形数据库内存RAM。波形数据库内存存储项目要求的所有波形数据,为波形发生器提供需要的波形数据。  (4)UART收发器。完成PC与FPGA之间的通信。  (5)电源电路。为波形产生器、波形控制模块提供需要的电源。  (6)波形控制模块。波形控制模块接收从接口电路输入的控制信号,按照系统的要求,完成对波形发生器的波形数据配置,输出需要的波形信号。  (7)波形发生器。波形发生器是信号产生器的波形信号源。  (8)FPGA器件配置与编程电路。FPGA器件配置与编程完成对FPGA器件的数据编程与配置。  (9)时钟电路。为波形产生器和FPGA提供工作时钟。  2 主要功能模块介绍  2.1 数字正交上变频芯片AD9957介绍  AD9957是美国AD公司(Analog Devices Inc.)生产的具有18位I,Q数据和通路,内置14位数/模转换器的数字正交上变频集成电路。AD9 957具有32位相位累加器;内置1 024×32 b RAM,可实现内部调制功能;内部采用1.8 V和3.3 V供电,超低功耗;内置的低噪声参考时钟倍频器允许用低成本、低频外部时钟作为系统时钟,同时仍可提供优良的动态性能。AD9957有3种工作模式:正交调制模式、单频输出模式、插值DAC模式。  2.2 UART收发器设计  本文中PC与FPGA内部RAM间的通信是通过UART收发器完成的。图2为通过FPGA设计的UART收发器的顶层原理图,主要由uartrx(接收模块)和uarttx(发射模块)两部分构成。在完成数据传输的同时还可以通过集成到Matlab人机界面中的串口调试程序查看FPGA接收到的数据的正确性,可以简化程序调试过程。    2.3 波形控制模块  目前波形控制器通常采用单片机、现场可编程门阵列器件和DSP三种方法来实现。基于系统时序控制要求、电路改动与运行可靠性、开发成本及周期等多个方面综合考虑,在设计中选择FPGA来实现波形控制电路。FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、开发软件投入少、可重复编程使用。图3为AD9957的波形控制模块。其中M1和MO是模式控制码,F[2..O]是工作区选择码,S_CLK为串口时钟,S_DATA为串口数据。图4为AD9957控制模块仿真时序图,从图中可以看出S_DATA和S_CLK是一一对应的。    3 软件模块化设计  3.1 设计流程  图5所示为目前大多采用的DDS设计流程,首先要根据系统要求进行波形数据设计,并将其以某种格式储存成文件,随后用FPGA设计软件(Quartus等)进行RAM设计,RAM的对应数据指定为设计的波形数据文件,最后利用逻辑将数据配置到DDS中。如若需要修改波形数据,就需要将上述步骤进行一次,如若多次修改,是比较繁琐的。      图6所示为本设计中采用的基带波形数据产生流程,通过在软件界面中输入波形参数,采样率等数据,通过软件算法,产生数据并将据送入FPGA内置的RAM中,在FPGA输入控制信号的控制下,将采样数据送入DDS芯片中。  3.2 PC软件  PC机应用软件完成所有与波形数据相关的运算以及与硬件的数据通信功能,如图7所示为基于Matlab GUI的应用软件界面界面部分,其包含以下一些功能:    (1)波形数据的产生。对指定的波形形式、脉宽、带宽等参数的信号进行仿真,包括时域波形数据的运算和频谱分析、显示,并保存数据。目前可生成LFM,NFLM,相位编码和三角波的信号形式,如需要可添加任意波形。  (2)计算机数据通信。通过计算机串行口连接系统主板以实现基于RS 232接口的异步串行数据通信,接口简单,配置方便。目的是实现所需波形数据由计算机到波形产生硬件存储器的下载、校验。  (3)用户软件界面。该界面可完成波形选择;时宽、带宽、采样率、中频频率设定;信号时域波形、频率一时间关系显示;基带采样数据生成、下载等功能。  (4)可移植性。基于Matlab编译的人机界面的M文件可经Matlab编译器(cornpiler)转换为C或C++等不同类型的源代码,并再次基础上根据需要生成可独立运行的应用程序文件,不需要Matlab环境的支持,大大扩展了程序的应用范围。同时对M文件编译后,运行速度大大提高。  4 实验结果  图8为AD9957工作在单频输出模式下,系统时钟1 GHz,0 dBm,输出185 MHz点频频谱,其杂散优于-70 dBc。图9为AD9957工作在正交调制模式下,带宽10 MHz,时宽20μs非线型调频信号频谱。由于篇幅所限,线性调频、相位编码等信号不在此一一列出。    5 结语  该设计主要讨论一种基于DDS的雷达信号的实现方法,系统设计中将软件与硬件相结合,操作简便、灵活,并使软件具有一定的可移植性。Matlab的编程界面使得操作者能够方便快捷地修改数据。实验结果证明了基于AD9957的多波形雷达信号产生器实现方法的正确性。由于异步通信数据传输的低速率和FPGA内置ROM容量的有限性,因此如果在PC与RAM间要求更高速度的数据传输,可以考虑换用PCI总线或计算机网口传输;当需要大时宽信号或采样数据量很大,超出单片FPGA内部存储器容量,可换用大容量的芯片或外加存储设备。

    时间:2018-09-24 关键词: 方案 信号 产生器 波形

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