一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，涉及一種三相正弦信號(hào)發(fā)生器。解決了現(xiàn)有三相正弦信號(hào)發(fā)生器所輸出的基準(zhǔn)正弦信號(hào)的幅值和頻率穩(wěn)定性差、精度低、帶負(fù)載能力差，三相對(duì)稱度不好的問(wèn)題。液晶顯示屏用于顯示通過(guò)鍵盤輸入的三相正弦信號(hào)的頻率和幅度，單片機(jī)的顯示信號(hào)輸出端與液晶顯示屏輸入端連接；單片機(jī)用于產(chǎn)生頻率、相位和幅度的控制字并將其傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA用于產(chǎn)生數(shù)字形式的三相正弦波形，并將數(shù)字形式的三相正弦波形分別傳遞給相應(yīng)的一路D/A轉(zhuǎn)換電路；三路D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字形式的三相正弦波形轉(zhuǎn)分別換成模擬信號(hào)，三路模擬信號(hào)依次通過(guò)濾波電路、調(diào)幅電路和功率放大電路后，輸出頻率范圍在2Hz～100KHz、精度為千分之一至千分之五的三相正弦波信號(hào)。
【專利說(shuō)明】一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種三相正弦信號(hào)發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動(dòng)控制系統(tǒng)和測(cè)量領(lǐng)域中，三相正弦信號(hào)發(fā)生器是一種應(yīng)用非常廣泛的信號(hào)源。例如程控式電能表校驗(yàn)裝置，其基本測(cè)量原理是:由功率源產(chǎn)生每個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)表與被校表同時(shí)對(duì)每個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行電能測(cè)量，由標(biāo)準(zhǔn)表計(jì)算來(lái)得到被校表的誤差值。從上面的測(cè)量原理中可以看出，功率源產(chǎn)生的信號(hào)精度與穩(wěn)定度，波形失真度和對(duì)工頻的抑制能力等對(duì)校驗(yàn)結(jié)果有很大的影響，三相正弦信號(hào)源可以滿足這一要求。
[0003]傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法采用直接模擬合成方法以及采用鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)等方法設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器在功能、精度、帶負(fù)載能力、三相對(duì)稱度等方面均存在缺陷和不足。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有的三相正弦信號(hào)發(fā)生器所輸出的基準(zhǔn)正弦信號(hào)的幅值和頻率穩(wěn)定性差、精度低、帶負(fù)載能力差，三相對(duì)稱度不好的問(wèn)題，進(jìn)而提供了一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，所述三相正弦信號(hào)發(fā)生器包括通過(guò)鍵盤、液晶顯示屏、單片機(jī)、FPGA、三路D/A轉(zhuǎn)換電路、三路濾波電路、三路調(diào)幅電路和三路功率放大電路；通過(guò)鍵盤輸入所需頻率和幅度給單片機(jī)，液晶顯示屏被用于顯示通過(guò)鍵盤輸入的三相正弦信號(hào)的頻率和幅度，單片機(jī)的顯示信號(hào)輸出端與液晶顯示屏輸入端連接；單片機(jī)用于產(chǎn)生頻率、相位和幅度的控制字并將其傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA用于產(chǎn)生數(shù)字形式的三相正弦波形，并將數(shù)字形式的三相正弦波形分別傳遞給相應(yīng)的一路D/A轉(zhuǎn)換電路；三路D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字形式的三相正弦波形轉(zhuǎn)分別換成模擬信號(hào)，三路模擬信號(hào)依次通過(guò)濾波電路、調(diào)幅電路和功率放大電路后，輸出頻率范圍在2Hz?ΙΟΟΚΗζ、精度為千分之一至千分之五的三相正弦波信號(hào)。
[0007]所述調(diào)幅電路包括AD835芯片和分檔電路構(gòu)成；分檔電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電源和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)；電阻Rl的一端同時(shí)連接AD835的Z端口(AD835的4腳)和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)，電阻Rl的另一端連接電源負(fù)極，接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第一靜觸點(diǎn)連接電源正極，電阻R2的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第二靜觸點(diǎn)，電阻R2的另一端連接電源正極，電阻R3的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第三靜觸點(diǎn)，電阻R3的另一端連接電源正極，電阻R4的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第四靜觸點(diǎn)，電阻R4的另一端連接電源正極，電阻R5的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第五靜觸點(diǎn)，電阻R5的另一端連接電源正極，電阻R6的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第六靜觸點(diǎn)，電阻R6的另一端連接電源正極。
[0008]所述功率放大電路包括電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、運(yùn)算放大器AD811、緩沖器BUF634、電容Cl和電容C2 ;電阻R7的一端與地相連，另一端連接運(yùn)算放大器AD811的-1N端口(AD811的2腳)；電阻R8的一端與地相連，另一端連接運(yùn)算放大器AD811的+IN端口(AD811的3腳)；電阻R9為滑動(dòng)變阻器，電阻R9 —端連連接運(yùn)算放大器AD811的-1N端口(AD811的2腳)，電阻R9另一端同時(shí)連連接運(yùn)算放大器AD811的OUTPUT端口(AD811的6腳)、電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端連接緩沖器BUF634的Vin端口(BUF634的3腳)；電容Cl并聯(lián)在電阻RlO的兩端；電容C2的一端連接緩沖器BUF634的Vin端口(BUF634的3腳)，電容C2的另一端接地；緩沖器BUF634P的Vo端口(BUF634P的6腳)連接電阻Rll的一端，電阻Rll的另一端與電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端接地；運(yùn)算放大器AD811 (Ul)通過(guò)±5V電壓供電，緩沖器BUF634 (U2)通過(guò)±5V電壓供電。
[0009]用于給運(yùn)算放大器AD811 (Ul)和緩沖器BUF634 (U2)供電的-5V電壓產(chǎn)生電路包括ICL7660芯片、電容C3、電容C4、電容C5和穩(wěn)壓管Dl ；ICL7660的V+端口( ICL7660的8腳)第8引腳接+5V電源;電容C3的陽(yáng)極連接ICL7660的V+端口(ICL7660的8腳)，C3的陰極接地；電容C4的陽(yáng)極連接ICL7660的CAP+端口(ICL7660的2腳)，電容C4的陰極連接ICL7660的CAP-端口(ICL7660的4腳)；電容C5的陽(yáng)極連接穩(wěn)壓管Dl的陽(yáng)極，電容C5的陰極接地；穩(wěn)壓管Dl的陰極連ICL7660的Vout端口(ICL7660的5腳)，穩(wěn)壓管Dl的陽(yáng)極產(chǎn)生-5V電壓。
[0010]所述FPGA采用的是Altera公司生產(chǎn)的cycloneIV E系列EP4CE6E22C8芯片。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]本實(shí)用新型作為三相正弦信號(hào)源所輸出的基準(zhǔn)正弦信號(hào)的幅值和頻率高度穩(wěn)定，且失真小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，三相對(duì)稱度好。其還可廣泛用于交流異步電機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)，如變頻空調(diào)、變頻冰箱和變頻洗衣機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)，各類工業(yè)水栗、風(fēng)機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)，各類不間斷電源(UPS)以及其它一些需要三相正弦波形驅(qū)動(dòng)的功率控制電路中。本實(shí)用新型產(chǎn)生的波形信號(hào)能很好的滿足這些要求。
[0013]本實(shí)用新型是一種基于數(shù)字頻率合成技術(shù)的高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器。通過(guò)鍵盤按鍵輸入所需頻率和幅度給單片機(jī)，并將其值由顯示模塊顯示出來(lái)，單片機(jī)將所需參數(shù)值轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的控制字傳輸給FPGA，F(xiàn)PGA接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)DDS模塊和數(shù)據(jù)查找表輸出數(shù)字形式的三相正弦波形數(shù)據(jù)，經(jīng)三路D/A轉(zhuǎn)換電路、濾波放大電路、調(diào)幅電路和功放電路后，由三通道輸出信號(hào)，頻率范圍在2Hz?ΙΟΟΚΗζ、精度達(dá)千分之一的三相正弦波信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為FPGA的時(shí)鐘電路圖；圖3為本實(shí)用新型的三相正弦信號(hào)發(fā)生器的DA轉(zhuǎn)換電路圖(圖3a為第一路D/A轉(zhuǎn)換電路圖，圖3b為第二路D/A轉(zhuǎn)換電路圖，圖3c為第三路D/A轉(zhuǎn)換電路圖)，三路D/A轉(zhuǎn)換電路的構(gòu)造是相同的；圖4為本實(shí)用新型的濾波電路圖(壓控電壓源二階低通濾波電路);圖5為調(diào)幅電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型的調(diào)幅電路圖；圖7為本實(shí)用新型的功率放大電路；圖8為3.3V、1.2V、2.5V電壓產(chǎn)生電路(圖8a為3.3V電壓產(chǎn)生電路，圖8b為1.2V電壓產(chǎn)生電路，圖8c為2.5V電壓產(chǎn)生電路);圖9為-5V產(chǎn)生模塊圖；圖10利用本實(shí)用新型產(chǎn)生的三相正弦信號(hào)通過(guò)示波器顯示的圖片?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，本實(shí)施方式所述的高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器包括通過(guò)鍵盤、液晶顯示屏、單片機(jī)、FPGA、三路D/A轉(zhuǎn)換電路、三路濾波電路、三路調(diào)幅電路和三路功率放大電路；通過(guò)鍵盤輸入所需頻率和幅度給單片機(jī)，液晶顯示屏用于顯示通過(guò)鍵盤輸入的三相正弦信號(hào)的頻率和幅度，單片機(jī)的顯示信號(hào)輸出端與液晶顯示屏輸入端連接；單片機(jī)用于產(chǎn)生頻率、相位和幅度的控制字并將其傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA用于產(chǎn)生數(shù)字形式的三相正弦波形，并將數(shù)字形式的三相正弦波形分別傳遞給相應(yīng)的一路D/A轉(zhuǎn)換電路；三路D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字形式的三相正弦波形分別轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，三路模擬信號(hào)依次通過(guò)濾波電路、調(diào)幅電路和功率放大電路后，輸出頻率范圍在2Hz~ΙΟΟΚΗζ、精度為千分之一至千分之五的三相正弦波信號(hào)。
[0016]該三相正弦信號(hào)發(fā)生器電路由系統(tǒng)時(shí)鐘、相位累加器、相位調(diào)制器、波形查找表、D/A轉(zhuǎn)換器和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成。在每一個(gè)時(shí)鐘周期，頻率累加器以輸入頻率字為步進(jìn)進(jìn)行自增累加；累加結(jié)果的高位被送給相位累加器與相位字進(jìn)行累加，可以理解為在這里加上相位偏置；第一路沒(méi)有相位偏置，而第二路和第三路是頻率累加器的輸出(地址)在相位累加器中加上120°和240°對(duì)應(yīng)的相位字后作為相位累加器的輸出，相位累加器的輸出作為波形查找表的地址從查找表中讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)后送給D/A轉(zhuǎn)化器，最后經(jīng)過(guò)低通濾波、后級(jí)放大等信號(hào)調(diào)理電路形成模擬量的波形輸出。
[0017]系統(tǒng)硬件整體組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，該系統(tǒng)由MCU、可編程門陣列、按鍵電路、顯示電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、調(diào)幅電路、功率放大電路以及電源電路等部分組成，且描述了系統(tǒng)的工作流程:通過(guò)鍵盤輸入相應(yīng)指令給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的控制字給FPGA實(shí)現(xiàn)DDS，輸出數(shù)字形式的波形，由DA轉(zhuǎn)換為模擬量，經(jīng)后級(jí)調(diào)理電路得到高精度的三相正弦信號(hào)波形。
[0018]FPGA對(duì)DDS電路的實(shí)現(xiàn):
[0019]FPGA對(duì)DDS的設(shè)計(jì)主要涵蓋了如下的模塊:相位累加器、相位寄存器、控制字輸入寄存器、波形查找表、波形數(shù)據(jù)寄存器。這些是在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的，采用的是Altera公司生產(chǎn)的cycloneIV E系列EP4CE6E22C8芯片。時(shí)鐘電路如圖2所示，產(chǎn)生50MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，再由FPGA內(nèi)部分頻器進(jìn)行10分頻得到相位累加器、寄存器和DA所需要的時(shí)鐘。FPGA產(chǎn)生的三相正弦波的數(shù)字信號(hào)通過(guò)I/O引腳輸出給DAC904的1-14引腳。
[0020]此三相正弦信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率精度與相位累加器的位數(shù)有關(guān)，相位累加器的位數(shù)越大，則代表累加器的累加值單位變化量小。由公式
【權(quán)利要求】
1.一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述三相正弦信號(hào)發(fā)生器包括通過(guò)鍵盤、液晶顯示屏、單片機(jī)、FPGA、三路D/A轉(zhuǎn)換電路、三路濾波電路、三路調(diào)幅電路和三路功率放大電路；通過(guò)鍵盤輸入所需頻率和幅度給單片機(jī)，液晶顯示屏被用于顯示通過(guò)鍵盤輸入的三相正弦信號(hào)的頻率和幅度，單片機(jī)的顯示信號(hào)輸出端與液晶顯示屏輸入端連接；單片機(jī)用于產(chǎn)生頻率、相位和幅度的控制字并將其傳遞給FPGA，F(xiàn)PGA用于產(chǎn)生數(shù)字形式的三相正弦波形，并將數(shù)字形式的三相正弦波形分別傳遞給相應(yīng)的一路D/A轉(zhuǎn)換電路；三路D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字形式的三相正弦波形轉(zhuǎn)分別換成模擬信號(hào)，三路模擬信號(hào)依次通過(guò)濾波電路、調(diào)幅電路和功率放大電路后，輸出頻率范圍在2Hz?ΙΟΟΚΗζ、精度為千分之一至千分之五的三相正弦波信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述調(diào)幅電路包括AD835芯片和分檔電路構(gòu)成；分檔電路包括電阻RU電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電源和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)；電阻Rl的一端同時(shí)連接AD835的Z端口和旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸點(diǎn)，電阻Rl的另一端連接電源負(fù)極，接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第一靜觸點(diǎn)連接電源正極，電阻R2的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第二靜觸點(diǎn)，電阻R2的另一端連接電源正極，電阻R3的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第三靜觸點(diǎn)，電阻R3的另一端連接電源正極，電阻R4的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第四靜觸點(diǎn)，電阻R4的另一端連接電源正極，電阻R5的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第五靜觸點(diǎn)，電阻R5的另一端連接電源正極，電阻R6的一端連接旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的第六靜觸點(diǎn)，電阻R6的另一端連接電源正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述功率放大電路包括電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12、運(yùn)算放大器AD811、緩沖器BUF634、電容Cl和電容C2 ； 電阻R7的一端與地相連，另一端連接運(yùn)算放大器AD811的-1N端口 ；電阻R8的一端與地相連，另一端連接運(yùn)算放大器AD811的+IN端口 ；電阻R9為滑動(dòng)變阻器，電阻R9 —端連連接運(yùn)算放大器AD811的-1N端口，電阻R9另一端同時(shí)連連接運(yùn)算放大器AD811的OUTPUT端口、電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端連接緩沖器BUF634的Vin端口；電容Cl并聯(lián)在電阻RlO的兩端；電容C2的一端連接緩沖器BUF634的Vin端口，電容C2的另一端接地；緩沖器BUF634P的Vo端口連接電阻Rll的一端，電阻Rll的另一端與電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端接地；運(yùn)算放大器AD811通過(guò)±5V電壓供電，緩沖器BUF634通過(guò)±5V電壓供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:用于給運(yùn)算放大器AD811和緩沖器BUF634供電的-5V電壓產(chǎn)生電路包括ICL7660芯片、電容C3、電容C4、電容C5和穩(wěn)壓管Dl ;ICL7660的V+端口第8引腳接+5V電源；電容C3的陽(yáng)極連接ICL7660的V+端口，C3的陰極接地；電容C4的陽(yáng)極連接ICL7660的CAP+端口，電容C4的陰極連接ICL7660的CAP-端口；電容C5的陽(yáng)極連接穩(wěn)壓管Dl的陽(yáng)極，電容C5的陰極接地；穩(wěn)壓管Dl的陰極連ICL7660的Vout端口，穩(wěn)壓管Dl的陽(yáng)極產(chǎn)生-5V電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種高精度三相正弦信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述FPGA采用的是Altera公司生產(chǎn)的cycloneIV E系列EP4CE6E22C8芯片。
【文檔編號(hào)】H03B28/00GK203608157SQ201320833374
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】王玉靜, 李珊珊, 吳敵, 康守強(qiáng), 張斌, 宋立新 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)