本發(fā)明屬于信號(hào)發(fā)生器領(lǐng)域，尤其涉及一種可編程控制的高穩(wěn)定性、可穩(wěn)幅正弦波發(fā)生電路，可用于廣播、電視、通訊領(lǐng)域的信號(hào)調(diào)幅和調(diào)頻，工業(yè)自動(dòng)控制、測(cè)量?jī)x表、高頻加熱以及超聲波探傷等。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，高頻信號(hào)發(fā)生電路比比皆是，有直接控制信號(hào)發(fā)生芯片而產(chǎn)生信號(hào)的，但此種電路頻帶低，且無法控制幅度；也有用混頻原理產(chǎn)生高頻信號(hào)的，但混頻后信號(hào)存在大量的諧波，給后面的濾波處理帶來了極大的難度；也有用振蕩電路產(chǎn)生高頻信號(hào)的，但這種電路只能產(chǎn)生一種頻率和幅度固定的信號(hào)，頻率和幅度無法控制，只能通過手動(dòng)方式來調(diào)節(jié)頻率和幅度，無法提高信號(hào)頻率和幅度的穩(wěn)定度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，解決高頻信號(hào)發(fā)生電路中頻率和幅度難以精確控制的難題，同時(shí)也為了解決現(xiàn)有技術(shù)中一種電路只能產(chǎn)生一種頻率和幅度固定的信號(hào)，本發(fā)明提供一種可編程控制的正弦波發(fā)生電路。
技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種可編程控制的正弦波發(fā)生電路，包括cpu、振蕩模塊、比較器u2，所述振蕩模塊包括第一運(yùn)放u1、第一可變電阻r1、第二可變電阻r2、第三電阻r3、反饋電阻rf、第一電容c1及第二電容c2，所述第一可變電阻r1、第二可變電阻r2、第一電容c1和第二電容c2構(gòu)成串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接第一運(yùn)放u1的正向輸入端，輸出端連接第一運(yùn)放u1的輸出端；所述反饋電阻rf一端連接第一運(yùn)放u1的輸出端，另一端連接第一運(yùn)放u1的反向輸入端；第三電阻r3一端連接第一運(yùn)放u1的反向輸入端，另一端接地；第一運(yùn)放u1的輸出端輸出正弦波信號(hào)，比較器u2的同向輸入端輸入所述正弦波信號(hào)，比較器u2的反向輸入端接入比較電壓，比較器u2的輸出端接cpu的count引腳；cpu的p1引腳連接第一可變電阻r1和第二可變電阻r2的控制端口。振蕩電路中采用可變電阻，該電路通過負(fù)反饋利用cpu調(diào)節(jié)兩個(gè)可變電阻值，可以使輸出正弦波信號(hào)的頻率更加準(zhǔn)確。
進(jìn)一步的，還包括幅度控制模塊，所述幅度控制模塊包括程控運(yùn)放芯片u4和第二運(yùn)放u5，所述第一運(yùn)放u1的輸出端接至程控運(yùn)放芯片u4的vinp引腳，程控運(yùn)放芯片u4的輸出引腳連接第二運(yùn)放u5的同向輸入端，第二運(yùn)放u5的反向輸入端和輸出端均接至cpu的a/d引腳，cpu的d/a引腳連接程控運(yùn)放芯片u4的gpos引腳。該電路用過負(fù)反饋利用cpu微調(diào)程控運(yùn)放芯片u4，可以使輸出正弦波信號(hào)的幅值更加準(zhǔn)確。
進(jìn)一步的，第一運(yùn)放u1輸出的正弦波信號(hào)通過程控運(yùn)放芯片u4控制幅值后接入比較器u2的同向輸入端。兩個(gè)負(fù)反饋環(huán)節(jié)同時(shí)使用，既提高了輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度，也提高了幅值的準(zhǔn)確度，使輸出正弦波信號(hào)與設(shè)定的正弦波信號(hào)一致。
進(jìn)一步的，還包括幅度穩(wěn)定模塊，所述幅度穩(wěn)定模塊包括第一穩(wěn)壓二極管v1、第二穩(wěn)壓二極管v2、第三穩(wěn)壓二極管v3、第四穩(wěn)壓二極管v4、第五穩(wěn)壓二極管v5，第一穩(wěn)壓二極管v1、第二穩(wěn)壓二極管v2的正極均接至反饋電阻rf一端；第一穩(wěn)壓二極管v1、第二穩(wěn)壓二極管v2的負(fù)極分別與第四穩(wěn)壓二極管v4、第五穩(wěn)壓二極管v5的負(fù)極連接；第四穩(wěn)壓二極管v4、第五穩(wěn)壓二極管v5的正極均接至反饋電阻rf的另一端；第三穩(wěn)壓二極管v3的一端連接至第一穩(wěn)壓二極管v1和第四穩(wěn)壓二極管v4的連接處，另一端連接至第二穩(wěn)壓二極管v2和第五穩(wěn)壓二極管v5的連接處。五個(gè)穩(wěn)壓二極管構(gòu)成幅度穩(wěn)定模塊，使得從第一運(yùn)放u1輸出的正弦波信號(hào)的幅度更加穩(wěn)定，以便于后級(jí)的程控運(yùn)放進(jìn)行處理。
進(jìn)一步的，所述cpu的p1.0、p1.1、p1.2引腳分別與可變電阻r1的addr、sda、scl引腳連接；所述cpu的p1.3、p1.4、p1.5引腳分別與可變電阻r2的scl、sda、addr引腳連接。
進(jìn)一步的，所述比較器u2的反向輸入端串聯(lián)電阻r4、電阻r5，電阻r4和電阻r5之間連接5v直流電壓。
進(jìn)一步的，所述第二運(yùn)放u5的反向輸入端連接至輸出端，同向輸入端除了連接程控運(yùn)放芯片u4的輸出引腳，還接有電阻r7，電阻r7的另一端接3.3v直流電壓。
進(jìn)一步的，所述cpu用于調(diào)整可調(diào)電阻r1、可調(diào)電阻r2以及程控運(yùn)放芯片u4。
有益效果：本發(fā)明提供的一種可編程控制的正弦波發(fā)生電路，解決了現(xiàn)有技術(shù)高頻信號(hào)發(fā)生電路中頻率和幅度難以精確控制的問題，可通過cpu對(duì)高頻信號(hào)發(fā)生電路實(shí)行精確控制，對(duì)頻率和幅度任意設(shè)置后，可輸出設(shè)置信號(hào)，并可閉環(huán)檢測(cè)頻率和幅度，和設(shè)置值進(jìn)行比較，以微調(diào)輸出信號(hào)誤差，從而可產(chǎn)生頻率和幅度精確、穩(wěn)定的正弦信號(hào)；可以在較寬的頻帶范圍內(nèi)任意設(shè)置頻率，使得同一個(gè)電路可以根據(jù)需要在頻帶范圍內(nèi)設(shè)定不同的頻率，適用范圍更廣，更加方便。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的可編程控制的正弦波發(fā)生電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，可編程控制的正弦波發(fā)生電路，包括cpu、振蕩模塊、比較器u2、幅度控制模塊，所述振蕩模塊包括第一運(yùn)放u1、第一可變電阻r1、第二可變電阻r2、第三電阻r3、反饋電阻rf、第一電容c1及第二電容c2，所述第一可變電阻r1、第二可變電阻r2、第一電容c1和第二電容c2構(gòu)成串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接第一運(yùn)放u1的正向輸入端，輸出端連接第一運(yùn)放u1的輸出端；所述反饋電阻rf一端連接第一運(yùn)放u1的輸出端，另一端連接第一運(yùn)放u1的反向輸入端；第三電阻r3一端連接第一運(yùn)放u1的反向輸入端，另一端接地。幅度控制模塊包括程控運(yùn)放芯片u4和第二運(yùn)放u5，所述第一運(yùn)放u1的輸出端接至程控運(yùn)放芯片u4的vinp引腳，程控運(yùn)放芯片u4的輸出引腳vout連接比較器u2的同向輸入端，比較器u2的反向輸入端串聯(lián)電阻r4、電阻r5，電阻r4和電阻r5之間連接5v直流電壓，為比較器u2提供比較電壓。比較器u2的輸出端接cpu的count引腳；cpu的p1引腳連接第一可變電阻r1和第二可變電阻r2的控制端口，具體是cpu的p1.0、p1.1、p1.2引腳分別與可變電阻r1的addr、sda、scl引腳連接；所述cpu的p1.3、p1.4、p1.5引腳分別與可變電阻r2的scl、sda、addr引腳連接。該閉環(huán)部分通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)，將輸出正弦波信號(hào)通過比較器比較后輸入至cpu，cpu通過將測(cè)得的輸出正弦波信號(hào)的頻率與設(shè)定的頻率值相比較，調(diào)整第一可變電阻r1和第二可變電阻r2，使輸出的正弦波信號(hào)頻率不斷趨于設(shè)定值。
程控運(yùn)放芯片u4的輸出引腳vout同時(shí)連接第二運(yùn)放u5的同向輸入端，第二運(yùn)放u5的反向輸入端和輸出端均接至cpu的a/d引腳，cpu的d/a引腳連接程控運(yùn)放芯片u4的gpos引腳。第二運(yùn)放u5的同向輸入端除了連接程控運(yùn)放芯片u4的輸出引腳，還接有電阻r7，電阻r7的另一端接3.3v直流電壓。該閉環(huán)部分增加控制幅度的負(fù)反饋環(huán)節(jié)，利用程控運(yùn)放芯片u4調(diào)整輸出正弦波信號(hào)的幅值，將輸出的信號(hào)通過第二運(yùn)放u5進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后傳輸至cpu，cpu將測(cè)得的信號(hào)幅值與設(shè)定的幅值相比較，微調(diào)程控運(yùn)放芯片u4，使輸出信號(hào)的幅值與設(shè)定的幅值相同。
本實(shí)施例中第一運(yùn)放u1輸出的正弦波信號(hào)通過程控運(yùn)放芯片u4控制幅值后既接入比較器u2，也接入第二運(yùn)放u5。兩個(gè)負(fù)反饋環(huán)節(jié)同時(shí)使用，既提高了輸出信號(hào)的頻率準(zhǔn)確度，也提高了幅值的準(zhǔn)確度，使輸出正弦波信號(hào)與設(shè)定的正弦波信號(hào)一致。
還包括幅度穩(wěn)定模塊，所述幅度穩(wěn)定模塊包括第一穩(wěn)壓二極管v1、第二穩(wěn)壓二極管v2、第三穩(wěn)壓二極管v3、第四穩(wěn)壓二極管v4、第五穩(wěn)壓二極管v5，第一穩(wěn)壓二極管v1、第二穩(wěn)壓二極管v2的正極均接至反饋電阻rf一端；第一穩(wěn)壓二極管v1、第二穩(wěn)壓二極管v2的負(fù)極分別與第四穩(wěn)壓二極管v4、第五穩(wěn)壓二極管v5的負(fù)極連接；第四穩(wěn)壓二極管v4、第五穩(wěn)壓二極管v5的正極均接至反饋電阻rf的另一端；第三穩(wěn)壓二極管v3的一端連接至第一穩(wěn)壓二極管v1和第四穩(wěn)壓二極管v4的連接處，另一端連接至第二穩(wěn)壓二極管v2和第五穩(wěn)壓二極管v5的連接處。五個(gè)穩(wěn)壓二極管構(gòu)成幅度穩(wěn)定模塊，使得從第一運(yùn)放u1輸出的正弦波信號(hào)的幅度更加穩(wěn)定，以便于后級(jí)的程控運(yùn)放進(jìn)行處理。
此電路既有正反饋網(wǎng)絡(luò)，又有負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，輸出正弦波頻率f＝1/2πrc，可通過cpu調(diào)節(jié)電阻r1和r2的阻值，達(dá)到改變輸出頻率的目的，頻率的可調(diào)節(jié)范圍為：1hz-10mhz；。又可通過cpu調(diào)節(jié)程控運(yùn)放ad603，達(dá)到改變輸出幅度的目的。cpu系統(tǒng)構(gòu)成頻率和幅度雙閉環(huán)控制，最終可得到頻率和幅度可調(diào)且非常穩(wěn)定的正弦波信號(hào)。
本實(shí)施例電路中的關(guān)鍵器件的引腳說明：
cpu：p1.0-p1.5引腳為i/o口，和可變電阻之間構(gòu)成i2c總線，進(jìn)線通信，控制可變電阻的阻值；
d/a引腳為模擬信號(hào)輸出，控制程控運(yùn)放ad603的放大倍數(shù)；
a/d引腳為模擬信號(hào)采樣，判斷ad603的輸出信號(hào)是否和預(yù)設(shè)的幅度值一致；
count引腳為cpu的定時(shí)/計(jì)數(shù)端口，判斷正弦波信號(hào)的頻率是否和預(yù)設(shè)頻率一致，測(cè)量振蕩電路輸出的正弦波頻率，當(dāng)頻率較低時(shí)，用測(cè)量比較器輸出的方波的周期，來計(jì)數(shù)正弦波頻率，當(dāng)頻率較高時(shí)，用測(cè)量比較器輸出的方波的數(shù)目，即計(jì)數(shù)法來計(jì)算正弦波頻率。
可調(diào)電阻r1/r2：本實(shí)施例采用可調(diào)電阻的型號(hào)為ad5272，10位d/a轉(zhuǎn)換，分辨率0.098％；scl/sda/addr引腳和cpu構(gòu)成i2c總線，調(diào)節(jié)電阻值；a/w引腳為可變電阻的電阻輸出引腳。
程控運(yùn)放芯片u4：本實(shí)施例采用的程控運(yùn)放芯片的型號(hào)為ad603，ad603的gpos和gneg兩個(gè)引腳為控制放大倍數(shù)的控制電壓輸入端；vinp為程控運(yùn)放的信號(hào)輸入端；comm為信號(hào)地；vpos和vneg為程控運(yùn)放的供電電源輸入端；fdbk為程控運(yùn)放內(nèi)部的反饋回路，能調(diào)節(jié)放大倍數(shù)；vout為信號(hào)輸出端。
第一運(yùn)放u1和第二運(yùn)放u5采用tl082。
比較器u2采用lm339。
本實(shí)施例的可編程控制的正弦波發(fā)生電路的指標(biāo)參數(shù)如下：
(1)頻率范圍
通過cpu調(diào)節(jié)電阻r1和r2的阻值，進(jìn)一步調(diào)節(jié)rc參數(shù)，從而調(diào)節(jié)設(shè)定頻率，本實(shí)施例的頻率可調(diào)范圍為：1hz-10mhz。
(2)頻率準(zhǔn)確度
頻率準(zhǔn)確度主要是由可變電阻r的精度值來決定，再經(jīng)過頻率反饋測(cè)量和控制，可使輸出頻率的準(zhǔn)確度達(dá)到1×10-8。
頻率準(zhǔn)確度的計(jì)算公式為：δ＝(f0-f1)/f1×100％，其中，f0為頻率設(shè)定值，f1為實(shí)際頻率值。
(3)頻率穩(wěn)定度
頻率穩(wěn)定度是指其他外界條件恒定不變的情況下，在15mim內(nèi)，輸出頻率值變化的大小和基準(zhǔn)頻率的比值為頻率穩(wěn)定度。
頻率穩(wěn)定度的計(jì)算公式：
此信號(hào)發(fā)生電路是頻率反饋控制電路，通過最終的頻率調(diào)整，可使頻率穩(wěn)定度達(dá)到1×10-8。
(4)幅度穩(wěn)定度
幅度穩(wěn)定度的計(jì)算公式為：
此電路的振蕩部分采用了可穩(wěn)定幅度正、負(fù)半軸的穩(wěn)壓電路，而且幅度是由程控芯片ad603來控制，輸出幅度經(jīng)a/d采樣后和預(yù)設(shè)幅度比較，用以微調(diào)ad603，使輸出幅度接近于預(yù)設(shè)幅度，經(jīng)過一系列的處理，可使此電路的幅度穩(wěn)定度達(dá)到1×10-6。