用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器的制造方法

用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器。键盘输入电路输入对频率和相位进行设定的设置信号；单片机接收设置信号，将设置信号转换成控制字，将控制字传递给DDS电路；DDS电路将控制字转换成第一模拟信号，将第一模拟信号传递给滤波电路；滤波电路对第一模拟信号进行低通滤波以形成过滤后模拟信号，将过滤后模拟信号传递给运算放大电路；运算放大电路将过滤后模拟信号放大成第二模拟信号以使得第二模拟信号的有效电压高于第一模拟信号的有效电压，并将第二模拟信号传递给功率放大电路；功率放大电路对第二模拟信号进行功率放大以得到第三模拟信号；90°移相电路对第三模拟信号进行90°移相以得到与第三模拟信号正交的第四模拟信号。
【专利说明】用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器

【技术领域】
[0001] 本发明设及信号处理领域，更具体地说，本发明设及一种用于压电陶瓷的多路大 功率高频信号发生器。

【背景技术】
[0002] 对于压电陶瓷（PZT)的控制驱动电源，一般要求能够输出两路相位差为90°的正 弦信号，采用不同的处理器巧片和硬件结构，其实现形式有许多。信号源是一种测试或驱动 的基本仪器，要求能产生正弦波、银齿波、=角波和方波等简单波形，采用模拟、数字器件或 单片机结合外围硬件电路组成的信号源，可W产生多路、不同波形、高频的信号。常规的信 号发生器采用硬件实现的较多，电路形式有RC、LC、石英晶体振荡器S大类。波形发生器设 计的纯软件法可W使设计更简单、更高效，只要改变程序就能轻松的对波形功能升级和改 变。
[0003] 但是，现有的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器还不能满足某些应用的 速度快、性能好、控制方便的要求。


【发明内容】

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种速度快、 性能好、控制方便的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器。
[0005] 为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种用于压电陶瓷的多路大功率高 频信号发生器，包括：单片机、DDS电路、滤波电路、键盘输入电路、运算放大电路、功率放大 电路、电源电路W及90°移相电路；其中，电源电路用于对多路大功率高频信号发生器进 行供电；键盘输入电路用于输入对频率和相位进行设定的设置信号；单片机接收从键盘 输入电路输入的设置信号，将设置信号转换成相应的控制字，将控制字传递给DDS电路； DDS电路用于将控制字转换成第一模拟信号，并且将第一模拟信号传递给滤波电路；滤波 电路用于对第一模拟信号进行低通滤波W形成过滤后模拟信号，并将过滤后模拟信号传递 给运算放大电路；运算放大电路用于将过滤后模拟信号放大成第二模拟信号W使得第二模 拟信号的有效电压高于第一模拟信号的有效电压，并且将第二模拟信号传递给功率放大电 路；功率放大电路用于对第二模拟信号进行功率放大W得到第=模拟信号；90°移相电路 用于对第S模拟信号进行90°移相W得到与第S模拟信号正交的第四模拟信号。
[0006] 优选地，所述用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器还包括显示电路；并且 其中单片机将设置信号传递给显示电路，而且显示电路用于显示设置信号所表示的频率和 相位的数值表示。
[0007] 优选地，所述多路大功率高频信号发生器的输出是由第=模拟信号和第四模拟信 号构成的两路正交的双路输出正弦信号。
[000引优选地，单片机由AT89S52单片机实现。
[0009] 优选地，孤S电路由孤S AD9850巧片电路实现。
[0010] 优选地，显示电路由LCD1602显示装置实现。
[0011] 优选地，运算放大电路由AD8055信号放大电路实现。
[0012] 优选地，功率放大电路由MOS阳T晶体管实现。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
[0014] 图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的多路大功率高频信号发生器的系 统结构图。
[0015] 图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的信号发生器采用的AD9850的连接 电路的具体示例。
[0016] 图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的信号发生器采用的信号放大输出 电路的具体示例。
[0017] 图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的信号发生器采用的90°移相电路 的具体示例。
[0018] 需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可 能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

【具体实施方式】
[0019] 为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。
[0020] 图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的多路大功率高频信号发生器的系 统结构图。
[0021] 根据本发明优选实施例的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器包括；单片 机10、DDS (直接数字频率合成）电路20、滤波电路30、键盘输入电路40、显示电路50、运算 放大电路60、功率放大电路70、电源电路80 W及90 °移相电路90。
[0022] 其中，电源电路80用于对多路大功率高频信号发生器进行供电。
[0023] 键盘输入电路40用于输入对频率和相位进行设定的设置信号。
[0024] 单片机10接收从键盘输入电路40输入的设置信号，将设置信号转换成相应的控 制字，将控制字传递给DDS电路20 ;而且单片机10将设置信号传递给显示电路50。
[0025] 显示电路50用于显示设置信号所表示的频率和相位的数值表示。需要说明的是， 显示电路50是优选布置的，实际上不配置显示电路50也能实现本发明。
[0026] DDS电路20用于将控制字转换成第一模拟信号，并且将第一模拟信号传递给滤 波电路30。第一模拟信号是一个低压模拟信号。
[0027] 滤波电路30用于对第一模拟信号进行低通滤波（即，将低压模拟信号的高频谐波 信号过滤掉）W形成过滤后模拟信号，并将过滤后模拟信号传递给运算放大电路60。
[002引运算放大电路60用于将过滤后模拟信号放大成第二模拟信号W使得第二模拟信 号的有效电压高于第一模拟信号的有效电压，并且将第二模拟信号传递给功率放大电路 70 0
[0029] 功率放大电路70用于对第二模拟信号进行功率放大W得到第=模拟信号。
[0030] 90°移相电路90用于对第=模拟信号进行90°移相W得到与第=模拟信号正交 的第四模拟信号。
[0031] 该样，根据本发明优选实施例的多路大功率高频信号发生器可W得到两路正交的 双路输出正弦信号100,即第S模拟信号和第四模拟信号。
[0032] 例如，单片机10由AT89S52单片机实现，它是整个系统的核屯、部分。例如，显示电 路50是LCD1602显示装置。例如，孤S电路20由孤S AD9850巧片电路实现。例如，运算 放大电路60由AD8055信号放大电路实现。例如，功率放大电路70可W由MOSFET晶体管 实现，即可W采用MOS阳T实现100W的功率放大输出。
[0033] 由此，例如，AT89S52单片机对键盘输入电路40进行扫描，通过判断相应的按键 是否被按下，来获取有键盘设定的频率和相位的信息，单片机读取到该个信息之后，转换 成相应的控制字后再输出到DDS AD9850巧片，键盘输入的数字经由单片机AT89S52控制 LCD1602显示出来，输出信号的频率可W通过按键来进行增减调节。DDS AD9850巧片根据 相应的控制字经过AD9850内部的AD转换成低压模拟信号输出，该个模拟输出信号的频率 和电压较低，首先通过低通滤波电路滤除并不需要的其他高频次的信号干扰，之后经过运 算放大电路将该个滤波之后的低电压信号转换成较高电压的信号，此时的信号虽然电压较 高，但是其功率不足作为其他器件的驱动信号，因此该个信号要经过一个功率放大电路提 高它的输出功率，该样就得到了一个高频率大电压的一个正弦信号，最后经过一个90°移 相电路将一路正弦信号变成两路正交的双路输出正弦信号。该装置可W实现对信号幅度、 频率、相位输出等参数的全数字控制。
[0034] 该样，本发明结合单片机AT89S52与孤S AD9850巧片的功能，实现了例如频率 40KHZ的例如100W两路正弦信号硬件电路和系统软件的设计。通过按键控制输出频率大 小。信号源性能稳定、精度高、信号失真小，设计的电路和软件可W应用于压电陶瓷PZT的 控制驱动电源。
[0035] 系统上电初始化完成之后等待键盘输入操作，通过对键盘的扫描判断是否有按键 被按下，通过按键进行输出频率和输出幅度的调整，生成的控制字经并行方式送入DDS电 路20,合成用户所需的频率幅值信号，同时在LCD1602上显示当前的频率值。
[0036] 根据本发明优选实施例的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器速度快、性 能好、控制方便。本设计结合AT89S52单片机和DDS AD9850巧片，可W产生频率可调的多 路正弦信号。
[0037] 下面描述键盘输入电路40的具体示例。键盘输入电路40接口采用矩阵式键盘， 矩阵式键盘采用行列电路结构，当按键比较多的时候，占用的I/O 口线比较少，键盘的规模 越大，它的优势越发明显。因此，当按键的数量大于8时，通常都采用矩阵式键盘的结构。 [003引本实施例的设计中键盘用于调整输出信号的频率，频率调整范围为10化到 99MHz，其中采用一个按键控制频率加的调整，采用一个按键选择数字量的个十百位，在= 位间循环；采用一个按键控制相位调整；采用按键控制分别对应于数字量的加、减操作；采 用一个按键控制输出频率显示，当频率设置完成后按下此按键会按设定好的频率输出正弦 波；采用一个按键作为波形切换键。
[0039] 下面描述孤S电路20是孤S AD9850巧片电路的情况的电路示例。图2是AD9850 的连接图。
[0040] 如图2所示，该实施例包括AD9850巧片U2、数据移位器ul、第一电阻器R1、第二 电阻器R2、第S电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、第六电阻器R6、第一电容器C6、 第二电容器〔7、第=电容器〔8、第四电容器〔9、第五电容器(：11、第六电容器C12、第^;：电容 器C13、W及第八电容器CIO。它们的连接结构如图2所示。
[0041] AD9850内含有一个完整正弦信号周期的数字幅度的信息，每个地址都对应其 0° -360°范围中的某个相位。它把相位信息转变成把正弦信号的幅度信号，再驱动DACW 此来输出模拟信号。输出的周期为，TO = Tc*2N/M频率为化ut = fc*M/2N，Tc、fc分别是 外部的参考时钟周期及频率，再输入到正弦信号查询表中，由查询表输出被转换成10位之 后，通过DAC输出驱动电流。
[0042] 本实施例中采用并行的方式，AD9850共有8个数据管脚和S个控制管脚，8个数 据管脚与单片机的P2 口并行相连，S个控制管脚RESET、W_CLK和FQ_UD分别和单片机的 ?1.4、？1.5和？1.6相连接。
[00创 AD9850巧片有40位控制字，其中32位用于频率控制，，5位用于相位控制，2位用 于选择工作方式，1位用于电源休眠控制。该40位控制字可通过并行方式或串行方式输入 到AD9850。但是为了充分发挥巧片的高速性能，本实施例选用并行方式。在并行装入方式 中，单片机通过8位总线DO?D7 口将数据输入到AD9850的寄存器，重复5次之后再在 FQ-UD上升沿时刻把40位数据从输入寄存器装载到频率/相位数据寄存器（用于更新输 出频率和相位），同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在W-CLK的上升沿装载8 位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W-CLK上升沿后，W-CLK的上升沿就 不再起作用，直到复位信号或FQ-UD的上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。
[0044] 输出信号的周期为TO = Tc*2N/M频率为化ut = fc*M/2N，Tc、fc分别就是外部的 参考时钟周期及频率，M为控制字，N控制字的位数。那么，向AD9850中写入的频率控制字 即为M =化ut*232/fc。在125MHz的时钟下，32位的频率控制字可使AD9850的输出频率 分辨率达0. 〇291化。通过改变32位控制字的数值，就可实现改变输出频率的功能。
[0045] AD9850中有5位控制字用于相位控制，因此相位控制的精度为360° /25 = 11.25°，而且允许相位按增量11.25°、22. 5°、45°、90°、180°等Wll.25°的倍数增 加的相位值进行相位调整。表1是相应的相移对应的二进制控制字。其中相移与控制字的 对应关系如下表所示：
[0046]

【权利要求】
1. 一种用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在于包括：单片机、DDS电 路、滤波电路、键盘输入电路、运算放大电路、功率放大电路、电源电路以及90°移相电路； 其中，电源电路用于对多路大功率高频信号发生器进行供电； 键盘输入电路用于输入对频率和相位进行设定的设置信号； 单片机接收从键盘输入电路输入的设置信号，将设置信号转换成相应的控制字，将控 制字传递给DDS电路； DDS电路用于将控制字转换成第一模拟信号，并且将第一模拟信号传递给滤波电路； 滤波电路用于对第一模拟信号进行低通滤波以形成过滤后模拟信号，并将过滤后模拟 信号传递给运算放大电路； 运算放大电路用于将过滤后模拟信号放大成第二模拟信号以使得第二模拟信号的有 效电压高于第一模拟信号的有效电压，并且将第二模拟信号传递给功率放大电路； 功率放大电路用于对第二模拟信号进行功率放大以得到第三模拟信号； 90°移相电路用于对第三模拟信号进行90°移相以得到与第三模拟信号正交的第四 模拟信号。
2. 根据权利要求1所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在于还 包括显示电路；并且其中单片机将设置信号传递给显示电路，而且显示电路用于显示设置 信号所表示的频率和相位的数值表示。
3. 根据权利要求1或2所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在 于，所述多路大功率高频信号发生器的输出是由第三模拟信号和第四模拟信号构成的两路 正交的双路输出正弦信号。
4. 根据权利要求1或2所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在 于，单片机由AT89S52单片机实现。
5. 根据权利要求1或2所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在 于，DDS电路由DDS AD9850芯片电路实现。
6. 根据权利要求1或2所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在 于，显示电路由IXD1602显示装置实现。
7. 根据权利要求1或2所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在 于，运算放大电路由AD8055信号放大电路实现。
8. 根据权利要求1或2所述的用于压电陶瓷的多路大功率高频信号发生器，其特征在 于，功率放大电路由MOSFET晶体管实现。
【文档编号】H03K3/02GK104485924SQ201410720494
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】姚晓龙, 靳子洋, 张彬, 陆永耕 申请人:上海电机学院