Papel de filtro de paso de banda
Resumen: en productos electrónicos y de comunicación, a menudo se requieren señales sinusoidales de alta precisión, pero los generadores de señales sinusoidales tradicionales tienen poca estabilidad de frecuencia cuando emiten a bajas frecuencias. y la precisión tiende a ser menor. Este artículo presenta el chip generador de señal sinusoidal monolítico ML2035 de Micro Linear, que puede generar señales sinusoidales desde CC a 25 kHz sin necesidad de otros dispositivos periféricos. Se diseña un circuito generador de señal sinusoidal simple utilizando este chip.
Palabras clave: generador de señal, fuente de señal, señal sinusoidal, ML2035, DDS.
Índice
1. Introducción
2. Descripción técnica
3. 3.1 Diagrama del módulo de funciones
3.2 Diagrama de flujo de datos
3.3 Diagrama E-R
3.4 Diagrama de flujo de negocio
4. gráfico)
5. Fase de diseño detallado (capturas de pantalla de operación)
6. Fase de instalación y depuración
7. Introducción
1.1 Concepto de generador de señales
Un generador de señales es un instrumento de señales de prueba eléctrica que genera los parámetros requeridos. Se puede dividir en cuatro categorías según la forma de onda de su señal: ① Generador de señal sinusoidal. Se utiliza principalmente para medir las características de frecuencia, distorsión no lineal, ganancia y sensibilidad de circuitos y sistemas. Según sus prestaciones y usos, se pueden subdividir en generadores de señales de baja frecuencia (20 Hz a 10 MHz), generadores de señales de alta frecuencia (100 KHz a 300 MHz), generadores de señales de microondas, barrido de frecuencia y generadores de señales controlados por programa. , Generador de señal de síntesis de frecuencia, etc. ②Generador de señal de función (forma de onda). Puede generar algunas señales de formas de onda de función de tiempo periódicas específicas (onda sinusoidal, onda cuadrada, onda triangular, onda en diente de sierra, onda de pulso, etc.), y el rango de frecuencia puede ser de unos pocos MHz a decenas de MHz. Además de usarse para probar comunicaciones, instrumentos y sistemas de control automático, también se usa ampliamente en otros campos de medición no eléctricos. ③Generador de señal de pulso. Se pueden utilizar generadores capaces de producir pulsos rectangulares con ancho, amplitud y tasa de repetición ajustables para probar la respuesta transitoria de sistemas lineales o como una señal analógica para probar el rendimiento de radares, comunicaciones multicanal y otros sistemas digitales pulsados. ④ Generador de señales aleatorias. Generalmente se divide en dos tipos: generador de señales de ruido y generador de señales pseudoaleatorias. El generador de señales de ruido se utiliza principalmente para introducir señales aleatorias en el sistema bajo prueba, simular el ruido en condiciones de trabajo reales y medir el rendimiento del sistema, agregar una señal de ruido conocida, compararla con el ruido interno del sistema y determinar el ruido; coeficiente reemplácelo con una señal aleatoria Señales sinusoidales o de pulso para medir las características dinámicas del sistema. Al medir funciones de correlación con señales de ruido, si el tiempo medio de medición no es lo suficientemente largo, se producirán errores estadísticos, que pueden solucionarse con señales pseudoaleatorias.
Como el instrumento electrónico más básico en el campo de la tecnología electrónica, el generador de señales sinusoidales se usa ampliamente en medición y control aeroespacial, sistemas de comunicación, contramedidas electrónicas, medición electrónica, investigación científica y otros campos [1 ~ 2]. Con el desarrollo de la tecnología de la información electrónica, los requisitos para su rendimiento son cada vez mayores, como estabilidad de alta frecuencia, velocidad de conversión rápida, modulación de amplitud, modulación de frecuencia, funciones de modulación de fase, etc. Además, a menudo se requiere que dos señales sinusoidales no sólo tengan la misma frecuencia, sino que también tengan una cierta diferencia de fase.
Por lo general, existen dos métodos para lograr una determinada diferencia de fase entre dos señales: uno es utilizar un desfasador, como un desfasador de resistencia-condensador, un desfasador de inductor y un desfasador de divisor de voltaje de inductor. . Este método tiene muchas deficiencias, como que la precisión del cambio de fase se ve muy afectada por las características de los componentes, la precisión del cambio de fase es deficiente, la operación de cambio de fase es inconveniente y el ángulo de cambio de fase se ve afectado por factores como la carga y el tiempo. El otro es utilizar tecnología de cambio de fase digital, que es la tendencia de desarrollo actual de la tecnología de cambio de fase [3]. El núcleo de la tecnología de cambio de fase digital es digitalizar primero la señal analógica o el ángulo de cambio de fase y luego restaurarla a la señal analógica después del cambio de fase. Este artículo utiliza tecnología de síntesis de frecuencia digital directa para diseñar un generador de señal sinusoidal de doble canal, que puede generar dos señales sinusoidales con la misma frecuencia y diferencia de fase ajustable. Los dos canales también se pueden utilizar de forma independiente para modulación de frecuencia, modulación de amplitud y modulación de fase respectivamente. El generador de señal tiene las ventajas de una alta estabilidad de frecuencia y una rápida velocidad de modulación de frecuencia y fase.
La fuente de señal sinusoidal es una fuente de señal ampliamente utilizada. Con el desarrollo de la tecnología, los requisitos para ella son cada vez mayores. Cuando los generadores de señales sinusoidales tradicionales emiten bajas frecuencias, su estabilidad y precisión de frecuencia suelen ser muy bajas.
Sabemos que para obtener una fuente de señal con estabilidad de alta frecuencia, a menudo se utiliza un bucle de bloqueo de fase, pero este método tiene circuitos complejos y es voluminoso. En los últimos años, la tecnología DDS se ha utilizado ampliamente en mediciones electrónicas, sistemas de radar, comunicaciones por modulación de frecuencia, contramedidas electrónicas y otros campos porque es fácil generar señales con una rápida conversión de frecuencia, alta resolución y fase controlable. Sin embargo, si elige el chip DDS de Analog para desarrollar un generador de señal sinusoidal de baja frecuencia, a menudo necesitará un microprocesador externo, por lo que el circuito es complejo y la estabilidad de frecuencia no es buena. Por lo tanto, este artículo analizará un generador de señal sinusoidal simple basado en ML2035, que tiene las características de pocos componentes periféricos, una implementación de circuito simple y no requiere un microprocesador externo.
2. Descripción técnica
1 Principios básicos del sintetizador de frecuencia digital directo
La síntesis de frecuencia se refiere a una serie de operaciones aritméticas en una frecuencia de señal estándar, una técnica que produce una gran cantidad de frecuencias discretas con la misma precisión y estabilidad. Existen muchos métodos para lograr la síntesis de frecuencia, entre los cuales la tecnología de síntesis de frecuencia digital directa tiene ventajas que la tecnología de síntesis de frecuencia tradicional no puede igualar, como una velocidad de conmutación de frecuencia rápida, alta resolución y un fácil control de frecuencia y fase. [4 ~ 5], por lo tanto, se ha utilizado cada vez más en sistemas y equipos electrónicos modernos, convirtiéndose en la primera opción para el diseño de fuentes de frecuencia.
El sintetizador de frecuencia digital directo consta de un reloj de referencia, un acumulador de fase, una tabla de búsqueda de senos y un convertidor D/A, como se muestra en la Figura 1.
La tecnología de síntesis de frecuencia digital directa muestrea, cuantifica y codifica señales sinusoidales según intervalos de fase y luego las almacena en EPROM para formar una tabla de búsqueda sinusoidal. Durante la síntesis de frecuencia, el acumulador de fase cuenta los pulsos de reloj bajo la acción del reloj de referencia y, al mismo tiempo, suma la salida de fase acumulada por el acumulador al incremento de fase preestablecido por la palabra de control de frecuencia K para formar una dirección de tabla de búsqueda sinusoidal que se agrega al reloj. Saque el valor de la función sinusoidal cuantificada de amplitud en la celda correspondiente a la fase en la tabla, emita la señal analógica a través del convertidor D/A y suavice a través del filtro de paso bajo para obtener una señal analógica; que cumpla con los requisitos. La longitud máxima de conteo del acumulador de fases es la misma que el número de puntos de separación de fases almacenados en la tabla de búsqueda de senos. Dado que el incremento de fase del acumulador de fase es diferente, el número de puntos de muestreo en un ciclo también será diferente. Cuando la frecuencia de muestreo (determinada por la frecuencia del reloj de referencia) permanece sin cambios, la frecuencia de la señal de salida también cambiará en consecuencia. Si se configura la fase inicial del acumulador, la señal de salida se puede controlar por fase. Según el principio de muestreo, si se utilizan dos sintetizadores de frecuencia idénticos, y sus relojes de referencia son los mismos, y se configuran la misma palabra de control de frecuencia y diferentes fases iniciales, entonces, en principio, es posible generar dos dispositivos con la misma frecuencia pero una determinada fase Mala señal.
AD9852 es un sintetizador de frecuencia digital directo altamente integrado con frecuencia, fase y amplitud ajustables, producido por ADI. Integra convertidores D/A de alto rendimiento, comparadores de alta velocidad, registros de programa, multiplicadores de reloj de referencia y unidades de control digital de alto rendimiento que pueden implementar diversas operaciones y pueden realizar un control total de la programación digital. La palabra de control de frecuencia de la señal de salida AD9852 es de 48 bits, lo que hace que la resolución de ajuste de frecuencia de salida alcance 1 μHz. El rango de frecuencia de la señal de salida puede ser de CC a 150 MHz. La palabra de control de ajuste de fase es de 14 bits. 0,022. La palabra de control de ajuste de amplitud es de 12 bits.
ML2035 es un chip generador de señal sinusoidal de un solo chip de Micro Linear Company. Puede generar señales sinusoidales de CC a 25 kHz sin la necesidad de otros equipos periféricos, y su frecuencia de señal sinusoidal de salida puede controlarse mediante una palabra de bits en serie de 16 bits. Por lo tanto, ML2035 puede usarse ampliamente en comunicaciones inalámbricas, módems y otros campos que requieren generadores de señales sinusoidales de alta precisión y bajo costo. Las características principales de ML2035 son las siguientes:
La frecuencia de la señal sinusoidal de salida es de CC a 25 kHz;
Tiene un error de ganancia bajo y un rendimiento de distorsión armónica baja;
Tiene una interfaz de microprocesador serial compatible con SPI de tres cables y función de bloqueo de datos;
Función de solución totalmente integrada sin equipo periférico;
Resolución de frecuencia de hasta 1,5 Hz (entrada la frecuencia del reloj es 0);
Oscilador de cristal interno independiente;
Tiene funciones de carga de datos síncronas y asíncronas.
Generación de señal sinusoidal
El principio básico de ML2035 es el mismo que el de DDS, que se compone principalmente de generación de señal sinusoidal, oscilador de cristal e interfaz digital en serie.
Sin embargo, el circuito periférico del ML2035 es extremadamente simple, con sólo 8 pines. El principio básico del generador de frecuencia programable ML2035 es exactamente el mismo que el de un sintetizador de frecuencia directa (DDS). Sabemos que los chips DDS generalmente constan de palabras de control de frecuencia, acumuladores de fase, tablas de búsqueda de senos, convertidores D/A y filtros de paso bajo. El componente central del chip DDS es el acumulador de fase, que consta de un sumador de N bits y un registro de fase de N bits. Es similar a un simple contador. Cada vez que llega un pulso de reloj, la salida del registro de fase aumenta en un paso. El sumador agrega los datos de control de frecuencia a los datos de fase acumulados emitidos por el registro de acumulación y envía el resultado de la suma al extremo de entrada de datos del registro de acumulación. . El acumulador de fase ingresa a la acumulación de fase lineal. Cuando alcanza la escala completa, se produce un desbordamiento del conteo, que es la frecuencia de salida del DDS. La tabla de búsqueda de senos es una memoria programable de solo lectura (PROM) que utiliza direcciones de fase para almacenar los valores del código de muestreo de la onda sinusoidal periódica, incluida la información de amplitud digital de la onda sinusoidal periódica. Cada dirección corresponde a una fase dentro. el rango del punto sinusoidal. Los datos obtenidos sumando la salida del registro de fase y la palabra de control de fase se utilizan como una tabla de búsqueda sinusoidal con dirección de dirección. La tabla de búsqueda sinusoidal asigna la información de fase de dirección de entrada a una señal de amplitud de onda sinusoidal, controla el DAC y genera una señal. señal analógica; el filtro de paso bajo suaviza y filtra componentes de muestreo innecesarios para generar una señal de onda sinusoidal con un espectro puro.
Dado que la longitud de la palabra de control de ML2035 es de 16 bits, de acuerdo con el principio DDS, no es difícil obtener la relación de frecuencia de salida de ML2035 de la siguiente manera
(1)
Por lo tanto, ML2035 La resolución de frecuencia (frecuencia mínima) es
(2)
3. Etapa de análisis de requisitos
1. /p>
Diseñó y creó un generador de formas de onda que puede generar ondas sinusoidales, ondas cuadradas, ondas triangulares y formas de onda editables por el usuario
formas de onda de formas específicas.
2. Requisitos de diseño
1. Requisitos básicos
Tiene tres formas de onda periódicas: onda sinusoidal, onda cuadrada y onda triangular.
La forma de onda de combinación lineal de las tres formas de onda anteriores (con el mismo período) se genera mediante la edición de entrada del teclado, la onda fundamental y sus armónicos (
5 veces o menos).
Con función de almacenamiento de formas de onda.
La frecuencia de la forma de onda de salida es de 100 Hz ~ 20 kHz (la frecuencia no sinusoidal se calcula como el décimo armónico): la frecuencia de repetición es ajustable y la frecuencia es ajustable.
Intervalo de paso de frecuencia ≤100Hz.
El rango de amplitud de la forma de onda de salida es de 0 ~ 5 V (pico a pico), que se puede ajustar en pasos de 0,1 V (pico a pico).
Tiene la función de mostrar el tipo, frecuencia de repetición (período) y amplitud de la forma de onda de salida.
2. Función
El rango de frecuencia de la forma de onda de salida se extiende a 100 Hz ~ 200 kHz.
Utiliza un teclado u otro dispositivo de entrada para generar formas de onda arbitrarias.
Función de salida de estabilización de amplitud agregada Cuando la carga cambia, la amplitud del voltaje de salida no cambia más del 3% (rango de cambio de voltaje de carga
: 100Ω~∞).
Con la función de almacenamiento al apagar, puede almacenar las formas de onda y las configuraciones editadas por el usuario antes del apagado.
Puede generar formas de onda específicas únicas o múltiples (menos de 1000 veces) (como generar una salida de onda triangular de medio ciclo).
Otros (como añadir análisis de espectro, análisis de distorsión, expansión de frecuencia >> 200KHz, salida de barrido, etc.).
3. Diseño y demostración del plan:
Con base en los requisitos del proyecto, propusimos tres planes de diseño, que se presentan a continuación:
1, Plan 1
Usar el ICL8038, un generador de funciones monolítico controlado por voltaje con baja deriva de temperatura, baja distorsión y alta linealidad, para generar ondas sinusoidales de frecuencia controlable.
Se puede realizar un ajuste de frecuencia CNC. La amplitud de la señal de salida está controlada por D/A y 5G353. Los parámetros de frecuencia y amplitud de la señal de salida se ingresan mediante el teclado 4x4 y la salida del resultado se muestra mediante el LED de 6 dígitos. El almacenamiento de información de configuración del usuario se completa con 24C01.
Está bien. El diagrama de bloques de la estructura del sistema se muestra en la Figura 1.
2. Opción 2
La señal generada por el oscilador de cristal 2M se divide por 8253 para generar una señal de onda cuadrada de 100 Hz. PLL CD4046 y 8253.
División de frecuencia de N canales, la señal de salida se envía al circuito de generación de onda sinusoidal y al circuito de generación de onda triangular, en el que se genera la onda sinusoidal consultando la tabla.
Saludable. La salida del contador se utiliza como señal de dirección para leer los datos de forma de onda de la memoria 2817 y enviarlos al DAC0832 para D/A.
Convierte y genera varias formas de onda de voltaje, y se pueden obtener varias formas de onda después de la combinación. La amplitud de la señal de salida proviene de 0852.
Ajuste de línea. La interfaz de visualización del sistema utiliza una pantalla LCD de 16 caracteres x 1 línea y los parámetros de señal se ingresan a través de un teclado de 4x4 dígitos. Los usuarios pueden configurar información.
El almacenamiento se completa el 24C01.
3. Opción 3
Utilizando el oscilador de cristal sensible al tiempo 4M como fuente de referencia, se obtiene una señal de salida de alta velocidad a través de un acumulador de fase de precisión compuesto por F374, F283 y LS164.
El conversor D/A y la ROM generan una onda sinusoidal, y esta onda sinusoidal digital pasa por un filtro analógico para obtener el patrón final.
La forma de onda digital sinusoidal cuasi señal y la forma de onda digital triangular se generan mediante paso de banda de onda sinusoidal digital D/A de alta velocidad.
Después del filtrado se obtiene la correspondiente señal de onda sinusoidal simulada. Finalmente, la onda sinusoidal simulada se compara con el umbral para obtener el cuadrado.
Señal de radio reloj. A través del acumulador de fase, se puede lograr una salida en fase de varias formas de onda y la frecuencia se puede cambiar continuamente.
La amplitud de la señal de salida está controlada digitalmente por el TLC7524. El almacenamiento de información de configuración del usuario se completa con 24C01.
Las siguientes son las implementaciones de circuitos específicos de las tres soluciones básicas:
Opción 1
El generador de funciones controlado por voltaje de un solo chip ICL8038 genera una frecuencia de Onda sinusoidal de 100 Hz ~ 20 Hz cuya frecuencia está controlada por DAC0832 y 5G.
353 controles. Debido a las limitaciones de ICL8038, la estabilidad de la frecuencia de salida es solo 10-3 (oscilador RC). Y
Debido a la no linealidad del control de voltaje, es difícil controlar el tamaño del paso de frecuencia. La amplitud de la señal de salida está controlada digitalmente por DAC0832 y 5.
G353 completado. La amplitud la ingresa el microcontrolador a través del puerto P0. Los datos de amplitud requeridos son 8 bits/100 mV. El almacenamiento de información de configuración del usuario
se completa en 24C01.
El microcontrolador consta de un sistema mínimo 8051, chip de interfaz de teclado/pantalla 8279, teclado de 16 bits, pantalla digital LED de 6 bits y
decodificación correspondiente, circuito controlador y "escaneo automático". / Selector de ajuste manual".
Opción 2
Generación de señal básica: la frecuencia del oscilador de cristal es 2M. Después de dividir por 8253, se genera una señal de onda cuadrada de 100 HZ. La relación de división de frecuencia es
<. p>:M=fALE/100=2X104
Entre ellos FALE=2M.
La estabilidad de frecuencia de los osciladores de cristal de cuarzo es generalmente mejor que 10-5, por lo que se puede garantizar el índice de estabilidad de frecuencia de la señal de salida.
Síntesis de frecuencia: en el bucle de bloqueo de fase compuesto por CD4046 y 8253, fo=100N, donde el temporizador de 8253 se divide por n de 4046,
Luego la entrada del circuito de ciclo de trabajo La frecuencia de la señal de pulso también es n.
Utilizando los tres temporizadores del temporizador/contador programable 8253, puede soportar la división de frecuencia 2x104 y PLL anteriores.
Y la tarea del divisor. La relación de división de frecuencia del temporizador 0 se establece en 2x104 y el temporizador 2 usa división de frecuencia PLL. Utilice 8253
como divisor y debería funcionar en el modo 3.
La transformación de forma de onda adopta el método de tabla de búsqueda, que divide una forma de onda sinusoidal en 100 puntos uniformemente según el tiempo, y el voltaje de cada punto se almacena en la memoria 2817. Consulta en tiempo real y salida a través de DA0832.
El control digital de la amplitud de la señal de salida se completa con DAC0832, y la amplitud digital la ingresa el microcontrolador a través del puerto P1. Los datos de amplitud requeridos son
8 bits/100 milivoltios. Cuando la amplitud de salida es de 3 V, el valor de entrada del DAC debe ser 240.
El sistema microcontrolador consta del sistema mínimo 89C51, entrada de teclado 4x4, display LCD de caracteres y decodificación correspondiente.
Constituye un circuito de accionamiento.
La pantalla LCD adopta el modo de visualización de menú, que es intuitivo y fácil de operar, y tiene una interfaz hombre-máquina muy amigable.
El almacenamiento de la información de configuración del usuario se completa con 24C01.
Opción 3
Utilizando un oscilador de cristal sensible al tiempo de 4M como fuente de referencia, utilizando un acumulador de fase de precisión y una señal digital compuesta por F273, F283 y LS164.
El procesamiento, ondas sinusoidales, ondas triangulares y ondas arbitrarias se generan mediante convertidores D/A de alta velocidad DAC0800 y 2817 E2ROM.
Cálculo de la frecuencia de la señal sinusoidal: En el acumulador de fases, su contenido se actualiza cada vez que llega un pulso de reloj. Cada
en la siguiente actualización, el incremento de fase m del registro de incremento de fase se suma al valor de acumulación de fase en el acumulador de fase. Supongamos que el m del registro de incremento de fase es 00...01 y el valor inicial del acumulador de fase es 00...00. En este momento, en cada ciclo de reloj, la fase se fatiga.
Agrega 00...01 a todos los sumadores. El ancho de bits n del acumulador en este diseño es de 24 bits y el acumulador de fase requiere 224 ciclos de reloj.
Se puede restaurar el valor inicial.
La salida del acumulador de fase se utiliza como una tabla de búsqueda sinusoidal, una tabla de búsqueda triangular y una tabla de búsqueda de formas de onda definidas por el usuario (ambas
E2PROM2817). Cada dirección en la tabla de búsqueda representa un punto de fase de un ciclo de la forma de onda y cada punto de fase corresponde a un valor de amplitud cuantificado. Por lo tanto, esta tabla de búsqueda es equivalente a un convertidor de fase/amplitud, que asigna la información de fase del acumulador de fase a información de amplitud digital, y el valor de amplitud digital se utiliza como entrada del convertidor D/A.
Diseñe n=24, M=1, y la frecuencia de la señal de salida correspondiente es igual a la frecuencia del reloj dividida por 224. Si M=2, la frecuencia de salida se duplica. Para un acumulador de fase de n bits, hay 2n posibles puntos de fase o incrementos de fase.
La palabra de control m en el registro es el valor agregado al acumulador de fase en cada ciclo de reloj. Suponiendo que la frecuencia del reloj es fc, entonces
La frecuencia de la señal de salida es:
f0 = M*fc / 224
Después de la onda sinusoidal digital Pasa a través del filtro analógico y obtiene la forma de onda de la señal analógica final. El DAC de alta velocidad genera formas de onda digitales sinusoidales digitales y formas de onda digitales triangulares, y la onda sinusoidal digital pasa a través del filtro de paso de banda para obtener la onda sinusoidal analógica correspondiente.
Finalmente, la onda sinusoidal simulada se compara con un umbral para obtener una señal de reloj de onda cuadrada.
El control numérico de la amplitud de la señal de salida se completa mediante el atenuador controlado numéricamente TLC7524, y el número de amplitud lo ingresa el microcontrolador a través del direccionamiento del bus.
En, la amplitud es de 8 bits/100mV. Cuando la amplitud de salida es de 5 V, el valor de entrada del DAC es 400.
El sistema microcontrolador consta del sistema mínimo 89C52, entrada de teclado 4x4, display LCD de caracteres y decodificación correspondiente.
Constituye un circuito de conducción. La pantalla LCD adopta el modo de visualización de menú, que es intuitivo y fácil de operar, y tiene una interfaz hombre-máquina muy amigable.
. El almacenamiento de información de configuración del usuario se completa con 24C01.
4. Comparación de esquemas
A continuación se presenta un análisis detallado y una comparación de las características de desempeño y la dificultad de implementación de los tres esquemas.
1) La solución 1 tiene una estructura simple, pero debido a las limitaciones de ICL8038, utiliza un oscilador RC, por lo que la frecuencia de salida es estable.
La calibración sólo puede alcanzar el orden de 10-3. La segunda solución utiliza un oscilador de cristal de cuarzo y tecnología de bucle de bloqueo de fase digital, y la estabilidad de frecuencia del oscilador de cristal sensible al tiempo general es mejor que 10-5, por lo que se puede garantizar el índice de estabilidad de frecuencia de la señal de salida. Similitudes del Plan 3
La muestra utiliza un oscilador de cristal de cuarzo y un acumulador de fase de precisión, y el índice de estabilidad de frecuencia es mejor que 10-5. Cumplir objetivos
requisitos.
2) Opción 1: Debido al rango lineal limitado del oscilador F/V controlado por voltaje, es difícil controlar el tamaño del paso de frecuencia y mantenerlo.
El coeficiente de cobertura de frecuencia es 1000 veces. La segunda solución utiliza un bucle integrado de bloqueo de fase 4046, que se puede implementar fácilmente 1000 veces con un 8253.
Coeficiente de cobertura de frecuencia lineal. La solución tres utiliza un acumulador de fase de precisión y un DAC de alta velocidad, que también puede alcanzar una linealidad 1000 veces mayor.
Cobertura de frecuencia.
3) El sistema de visualización de control de la primera solución es relativamente simple. El sistema de visualización LED de seis dígitos es relativamente sencillo de fabricar, pero el sistema de visualización es más difícil.
La información detallada de la señal de salida es difícil de operar y la interfaz hombre-máquina es difícil de entender. Opción 2 y Opción 3
El uso de LCD de 16 caracteres x 1 línea y modo de operación de menú requiere un alto nivel de producción de hardware y habilidades de programación de software.
Funcionamiento, pero puede mostrar forma de onda, ciclo de trabajo, amplitud de señal y otra información en detalle. La interfaz hombre-máquina es amigable y fácil de operar. Sin embargo,
Y a través del control de programación del software, la frecuencia y la forma de onda preestablecidas de la señal de salida del sistema se vuelven muy simples.
4) En la primera solución, para obtener una resolución de 1Hz, se debe utilizar un DAC de alta precisión, lo que no es fácil de lograr.
En la segunda solución, el temporizador programable 8253 está controlado por un microcontrolador y el sintetizador de frecuencia de bucle de bloqueo de fase integrado 4046 se puede utilizar para proporcionar fácilmente una resolución de 1 Hz. La tercera solución utiliza un acumulador de fase de precisión, que tiene una resolución de frecuencia y una frecuencia bastante buenas
El rango controlable de la frecuencia es 0,25 Hz
fc/2n = 222/224 = 0,25 Hertz
5) El ICL8038 en la primera solución puede producir una forma de onda más precisa. La opción 2 genera ondas sinusoidales a través de consultas en tiempo real. Aunque solo utilizamos 100 puntos para cada forma de onda, se pueden tomar más puntos para cada forma de onda bajo requisitos más altos.
Método puntual para mejorar la precisión de la forma de onda. Tiene un buen rendimiento de actualización y expansión. En el escenario 3, la E2PROM almacena 1024.
Los puntos de forma de onda pueden proporcionar formas de onda muy precisas. A 200 KHz, todavía hay 8 puntos disponibles para cada forma de onda.
Después de pasar el filtro, también habrá una buena forma de onda.
6) El tiempo de conversión de frecuencia del primer esquema y del segundo esquema es principalmente el tiempo de procesamiento del bucle de retroalimentación y el tiempo de respuesta del oscilador controlado por voltaje.
, generalmente superior a 1 ms. El tiempo de conversión de frecuencia de la tercera solución es principalmente un retraso en el procesamiento digital, generalmente decenas de ns.
7) Debido al uso del oscilador RC, el esquema 1 inevitablemente tiene un ruido de fase mayor. El ruido de fase del segundo esquema es ese.
El reloj de referencia, un oscilador de cristal de cuarzo, es dos veces más ruidoso. La tercera solución es que dado que la fase y el tiempo de la señal sinusoidal digital tienen una relación lineal, el ruido de fase emitido por todo el circuito es menor que el ruido de fase de su fuente de reloj de referencia.
De la comparación de las soluciones anteriores, se puede ver que la tercera solución tiene una estructura más compleja, pero tiene las ventajas de una alta estabilidad de frecuencia de salida y una pequeña pérdida de frecuencia.
Buena linealidad, resolución de alta frecuencia, forma de onda precisa, tiempo de conversión de frecuencia corto, ruido de fase bajo e interfaz hombre-máquina amigable.
Tiene las ventajas de un fácil control y un excelente rendimiento. Es la solución de diseño ideal para este diseño. En términos relativos, la primera estructura de solución
Es simple y fácil de implementar, pero la señal de salida tiene una linealidad de frecuencia pobre, estabilidad de baja frecuencia, resolución de baja frecuencia y baja frecuencia
El tiempo de conversión es largo, el ruido de fase es grande y la interfaz hombre-máquina no es amigable. El circuito de la segunda solución también es relativamente simple,
pero es peor que la tercera solución en términos de resolución de frecuencia, tiempo de conversión de frecuencia y ruido de fase. En resumen, ambos planes 1 y
tienen sus propias debilidades y es difícil cumplir con los requisitos de diseño ideales. Entonces, no es adecuado.
Después de comparar, decidimos adoptar el diseño del circuito del Plan 3 para la producción.
Interfaz digital serie
El control de ML2035 se puede realizar a través de la interfaz digital serie del chip. La parte de la interfaz digital se compone principalmente de un registro de desplazamiento y un pestillo de datos. La palabra de datos de 16 bits en el pin SID se envía al registro de desplazamiento de 16 bits en el flanco ascendente del reloj SCK. Cabe señalar que el bit más bajo debe enviarse primero y el bit más alto debe enviarse al final. Luego, activado por el flanco descendente de LAI, los datos enviados al registro de desplazamiento se retienen en el pestillo de datos. Para garantizar un bloqueo efectivo de los datos, el flanco descendente de LAI debe ocurrir durante el período en que SCI se encuentra en el nivel "bajo". Del mismo modo, LAI debe mantenerse "bajo" mientras los datos SID se transfieren al registro de desplazamiento.
Modo de energía
ML2035 tiene una función de "suspensión" de energía, que puede mejorar efectivamente la eficiencia del suministro de energía y es extremadamente beneficiosa para los productos portátiles. Cuando se desea mantener el ML2035 en "suspensión", se pueden ingresar todos los ceros en el registro de desplazamiento y se pueden cargar "1" en LATI para mantenerlo alto. En este caso, el consumo de energía de ML2035 se puede reducir a menos de 11,5 mW y la amplitud de la señal sinusoidal de salida se puede reducir a 0 V. Cabe mencionar que la entrada de energía de ML2035 debe estar desacoplada en el diseño del circuito. La solución de desacoplamiento de la fuente de alimentación que se muestra en la Figura 1 se puede utilizar en el diseño de circuitos.
Figura 1 Método de procesamiento de desacoplamiento de la fuente de alimentación ML2035
Diseño de un generador de señal sinusoidal simple
De acuerdo con los principios básicos de DDS, debido a la resolución de frecuencia limitada de ML2035, la señal sinusoidal de salida puede tener errores. Para diferentes relojes de referencia, habrá diferentes errores de frecuencia. La Tabla 1 ilustra la palabra de control de frecuencia y el error de frecuencia de ML2035 en un oscilador de cristal ordinario.
Tabla 1 Palabra de control de frecuencia y error de frecuencia requeridos por ML2035 cuando se usa un oscilador de cristal estándar ordinario
Este artículo utiliza ML2035 para diseñar un generador de señal sinusoidal simple con una frecuencia de 1000 Hz. Dado que los osciladores de cristal por debajo de 3,5 MHz suelen ser caros y voluminosos, aquí se elige el oscilador de cristal 6.5536. Se puede ver en la fórmula (1) que la palabra de control de frecuencia requerida es 1280, por lo que el 111d requerido es 10101000000. La Figura 2 es el esquema del circuito de un generador de señales sinusoidal simple, en el que el contador 74HC4060 se utiliza como oscilador y temporizador, y el 74HC4002 es un dispositivo CMOS de cuatro puertas NAND de alta velocidad. Para lograr la frecuencia de señal sinusoidal de salida del ML2035 de 1000 Hz, los primeros 8 pulsos deben cambiarse a 0 de 8 bits y luego cambiarse a 111101010 en los últimos 8 pulsos.
Diagrama esquemático del circuito del generador de señal sinusoidal de 1000Hz basado en ML2035.
En tercer lugar, artículos de software
Funciones que completa el AVR:
1. Procesamiento de comunicaciones
2. Cálculo necesario para generar los parámetros de las señales.
3.Comunicación SPI, salida de datos a FPGA y lectura de datos de FPGA.
4. Calcular los parámetros de la señal medida en función de los datos recopilados.
Aquí no hay nada que hablar sobre comunicación y algoritmos. Hablemos primero de la comunicación SPI. No uso el periférico AVR SPI, uso E/S normales.
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