Buscando un artículo universitario sobre topología de conjuntos de puntos con especialización en matemáticas, titulado "Condiciones de equivalencia para asignaciones continuas".

Resumen: A menudo se requieren señales sinusoidales de alta precisión en productos electrónicos y de comunicación, pero los generadores de señales sinusoidales tradicionales a menudo tienen poca estabilidad de frecuencia y baja salida de baja frecuencia. exactitud. Este artículo presenta el chip generador de señal sinusoidal monolítico ML2035 de Micro Linear, que puede generar señales sinusoidales de CC a 25 kHz casi sin otros dispositivos periféricos, y utiliza este chip para completar un diseño de circuito generador de señal sinusoidal simple.

Palabras clave: generador de señal; fuente de señal; señal sinusoidal; ML2035; DDS

Contenido

1.

3. Fase de Análisis de Requisitos

3.1 Diagrama de Bloques Funcionales

3.2 Diagrama de Flujo de Datos

3.3 Diagrama E-R

3.4 Diagrama de flujo de negocio

4. Fase de diseño (diagrama de flujo del programa)

5. Fase de diseño detallado (captura de pantalla de operación)

6. Etapa de instalación y depuración

7. Experiencia en diseño

1. Introducción

1.1 El concepto de generador de señales

Un generador de señales es un dispositivo que produce la parámetros requeridos. Se dividen en cuatro categorías según sus formas de onda de 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 diferentes características y usos, también 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, generadores de frecuencia de barrido y generadores de señales programables. , generador de señal de síntesis de frecuencia. Generador de señal de función (forma de onda). Puede generar ciertas formas de onda de función de tiempo periódica (ondas sinusoidales, ondas cuadradas, ondas triangulares, ondas en dientes de sierra, ondas de pulso, etc.) con frecuencias que van desde unos pocos microhercios hasta decenas de megahercios. Además de usarse para probar comunicaciones, instrumentación y sistemas de control automático, también se usa ampliamente en otros campos de medición no eléctricos. Generador de señal de pulso. Puede producir un generador de impulsos rectangular con ancho, amplitud y frecuencia de repetición ajustables, que se puede utilizar para probar la respuesta transitoria de sistemas lineales o como señal analógica para probar el rendimiento de sistemas digitales de impulsos como radar y comunicaciones múltiplex. Generador de señales aleatorias. Generalmente se divide en dos categorías: 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 para simular el ruido en condiciones de trabajo reales y determinar el rendimiento del sistema; comparar la señal de ruido conocida con el ruido interno del sistema para determinar el coeficiente de ruido; ; utilizar señales aleatorias en lugar de señales sinusoidales o de pulso para determinar las características dinámicas del sistema, etc. Cuando se miden funciones de correlación utilizando señales ruidosas, se producirán errores estadísticos si el tiempo medio de medición no es lo suficientemente largo, lo que puede solucionarse utilizando 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, modulación de fase y otras funciones. Además, a menudo no solo dos señales sinusoidales. tienen la misma frecuencia y también se debe determinar la diferencia de fase.

Para lograr una cierta diferencia de fase entre dos señales, generalmente hay dos formas de lograrlo: -'Una es usar un desfasador, como una red de desfasamiento de resistencia-condensador, un desfasador de inductor , Desfasador del divisor de voltaje del inductor, etc. 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 desvía debido a factores tales como la carga y el tiempo; el otro es utilizar la tecnología de cambio de fase digital 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 desfasada. 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. Ambos canales también se pueden utilizar de forma independiente para modulación de frecuencia, amplitud y fase. 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 ciencia y la tecnología, sus requisitos son cada vez mayores. Los generadores de señales sinusoidales tradicionales suelen tener estabilidad y precisión de baja frecuencia al emitir bajas frecuencias. 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 FM, contramedidas electrónicas y otros campos debido a su capacidad para generar señales de conversión de frecuencia rápida, alta resolución y control de fase. Sin embargo, si elige una serie de chips DDS comúnmente utilizados por Analog Company para desarrollar un generador de señales sinusoidales de baja frecuencia, a menudo se requiere un microprocesador externo, por lo que el circuito es más complejo y la estabilidad de frecuencia no es buena. Con este fin, este artículo discutirá el diseño de un generador de señal sinusoidal simple basado en ML2035, que tiene menos componentes periféricos, una implementación de circuito simple y se puede implementar sin un microprocesador externo.

II. Descripción técnica

1 Principio básico del sintetizador de frecuencia digital directo

La síntesis de frecuencia se genera realizando una serie de operaciones aritméticas en la frecuencia de la señal estándar. Una amplia gama de tecnologías de frecuencia discreta con la misma precisión y estabilidad. Existen muchos métodos de implementación para la síntesis de frecuencia, entre los cuales la tecnología de síntesis de frecuencia digital directa tiene ventajas incomparables sobre la tecnología de síntesis de frecuencia tradicional, 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 y se ha convertido en la primera opción para el diseño de fuentes de frecuencia en los sistemas y equipos electrónicos modernos de hoy.

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 la señal sinusoidal según el intervalo de fase y luego la 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 la salida de fase acumulada por el acumulador se suma al incremento de fase preestablecido de la palabra de control de frecuencia K, y la dirección de la tabla de búsqueda sinusoidal se forma después de sumar Saque el valor de la función sinusoidal cuantificada en la unidad de amplitud correspondiente a la fase en la tabla, emita la señal analógica a través del convertidor D/A y luego suavice con un filtro de paso bajo para obtener una señal analógica que cumpla. los requisitos. La longitud máxima de conteo del acumulador de fase es la misma que la cantidad de puntos de fase 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 será diferente. Bajo la condición de que la frecuencia de muestreo (determinada por la frecuencia del reloj de referencia) permanezca sin cambios, la frecuencia de la señal de salida también cambiará. respectivamente. Si se configura la fase inicial del acumulador, la señal de salida se puede controlar por fase. Desde la perspectiva del principio de muestreo, si utiliza dos sintetizadores de frecuencia idénticos con el mismo reloj de referencia y configura la misma palabra de control de frecuencia y una fase inicial diferente, entonces, en principio, es posible generar dos señales con una cierta diferencia de fase. señal de fase.

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 y registros de programa, reloj de referencia. El multiplicador y otras funciones informáticas se pueden implementar en una unidad de control digital de alto rendimiento y pueden lograr un control programable digital completo.

La frecuencia de la señal de salida del AD9852 es de 48 bits. La palabra de control de frecuencia de la señal de salida AD9852 es de 48 bits, por lo que la resolución de ajuste de frecuencia de salida es de 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, la resolución de ajuste de fase es de 0,022° y la palabra de control de ajuste de amplitud es de 12 bits.

ML2035 es el generador de señal sinusoidal monolítico de Micro Linear. Puede generar señales sinusoidales de CC a 25 kHz casi sin equipo periférico. La frecuencia de su señal sinusoidal de salida se puede controlar mediante una palabra de bits en serie.

Salida CC a señal sinusoidal de 25 kHz;

Error de ganancia baja y rendimiento de distorsión armónica baja;

Interfaz serie compatible con SPI de tres cables y datos-datos-datos - interfaz de datos.

Cuenta con una interfaz serie compatible con SPI de 3 cables con bloqueo de datos;

Cuenta con una solución totalmente integrada que no requiere periféricos;

Cuenta con hasta 1,5 Hz Resolución de frecuencia (cuando la frecuencia del reloj de entrada es la frecuencia del reloj de entrada);

Exquisitamente empaquetado, viene con un oscilador de cristal interno;

Tiene funciones de carga de datos síncronas y asíncronas.

Generador de señal sinusoidal

El principio básico de ML2035 es el mismo que el de DDS, y se compone principalmente de un generador de señal sinusoidal, un cristal y una interfaz digital en serie. Sin embargo, el circuito periférico del ML2035 es extremadamente simple, solo tiene 8 pines. El principio básico del generador de frecuencia programable del ML2035 es exactamente el mismo que el de un sintetizador directo (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, similar a un contador simple. Cada dos pulsos de reloj, el valor de incremento de fase emitido por el registro de fase aumentará en un paso. El sumador agrega los datos de control de frecuencia a los datos acumulados emitidos por el registro del acumulador y envía el resultado al extremo de entrada de datos del registro del acumulador. . El acumulador de fase ingresa a la acumulación de fase lineal y cuenta el desbordamiento cuando se acumula a escala completa. La frecuencia de desbordamiento es la frecuencia de salida del DDS. La tabla de búsqueda de senos es una memoria programable de solo lectura (PROM) que almacena el valor del código de muestreo de una señal sinusoidal periódica con la fase como dirección, incluida la información de amplitud digital de una onda sinusoidal periódica. Cada dirección corresponde a la onda sinusoidal. dentro del rango: Un punto de fase. Los datos obtenidos al agregar la salida del registro de fase y la palabra de control de fase se direccionan como una dirección a la tabla de búsqueda sinusoidal. La tabla de búsqueda sinusoidal asigna la dirección de entrada y la información de fase a una señal de amplitud de onda sinusoidal, controla el DAC y. emite una señal analógica baja El filtro de paso filtra suavemente los componentes de muestreo innecesarios, generando así una señal de onda sinusoidal pura de espectro.

Dado que la longitud de la palabra de control de ML2035 es de 16 bits, de acuerdo con el principio DDS, no es difícil encontrar la relación de frecuencia de salida de ML2035 como

(1)

En consecuencia, la resolución de frecuencia de ML2035 es

(2)

3. Etapa de análisis de requisitos

1. Tarea de diseño

Diseñar y construir un generador de formas de onda para producir formas de onda sinusoidales, cuadradas, triangulares y editables por el usuario de formas específicas.

II.Requisitos de diseño

1. Requisitos básicos

Ser capaz de generar tres formas de onda periódicas: onda sinusoidal, onda cuadrada y onda triangular.

Utilice la entrada del teclado para editar y generar una combinación lineal de las tres formas de onda anteriores (con el mismo período), así como una combinación lineal de la onda fundamental y sus armónicos (

5 veces o más pocos).

Función de almacenamiento de formas de onda.

El rango de frecuencia de la forma de onda de salida es de 100 Hz a 20 KHz (la frecuencia no sinusoidal se calcula como el décimo armónico): la frecuencia de repetición es ajustable y el intervalo de paso de frecuencia

es ≤100Hz.

La amplitud de la forma de onda de salida oscila entre 0 y 5 V (pico a pico) y se puede ajustar en unidades 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. Parte de reproducción

El rango de frecuencia de la forma de onda de salida se amplía de 100 Hz a 200 KHz.

Se pueden generar formas de onda arbitrarias utilizando un teclado u otro dispositivo de entrada.

Función de salida de estabilización de amplitud agregada Cuando la carga cambia, la amplitud del voltaje de salida no cambia más de ±3 (rango de cambio de voltaje de carga

: 100Ω～∞).

Tiene una función de almacenamiento de apagado, que puede almacenar las formas de onda y configuraciones editadas por el usuario antes del apagado.

Puede generar formas de onda específicas únicas o múltiples (menos de 1000 veces) (por ejemplo, generar una salida de onda triangular de medio ciclo).

Otros (como añadir análisis de espectro, análisis de distorsión, extensión de frecuencia >200KHz, salida de escaneo, etc.).

3. Diseño y demostración de esquemas:

Según los requisitos de la asignatura, se han propuesto tres esquemas de diseño, que se presentan a continuación:

1. , Opción 1

Usar el generador de funciones monolítico controlado por voltaje ICL8038 con baja deriva de temperatura, baja distorsión y alta linealidad para generar una forma de onda sinusoidal variable con frecuencia controlable

Se puede modular la frecuencia CNC comprendió . La amplitud de la señal de salida se controla mediante D/A y 5G353. Los parámetros de frecuencia y amplitud de la señal de salida se ingresan mediante el teclado de 4x4 dígitos, el resultado de salida se muestra mediante el LED de 6 dígitos y la información de configuración del usuario se almacena en el 24C01

. El diagrama de bloques de la estructura del sistema se muestra en la Figura 1.

2. Programa 2

La señal generada por el oscilador de cristal 2M se divide por 8253 para generar una señal de onda cuadrada de 100 Hz.

La división de frecuencia N se realiza a través de los bucles CD4046 y 8253 con bloqueo de fase, y la señal de salida se envía al circuito de generación de onda sinusoidal y al circuito de generación de onda triangular, donde la onda sinusoidal se genera buscando la tabla

. La salida del contador se utiliza como señal de dirección, y los datos de forma de onda de la memoria 2817 se leen y se envían al DAC0832 para la conversión D/A

para generar varias formas de onda de voltaje, que se pueden combinar. para obtener varias formas de onda. La amplitud de la señal de salida se ajusta mediante 0852. La interfaz de visualización del sistema adopta una pantalla LCD de 16 caracteres x 1 línea, los parámetros de señal se ingresan mediante un teclado de 4x4 dígitos y el almacenamiento de la información de configuración del usuario se completa con 24C01.

3. Solución 3

Utilizar cristal de cuarzo 4M como fuente de referencia, mediante un acumulador de fase de precisión compuesto por F374, F283 y LS164, y un

El convertidor D/A y la ROM generan una onda sinusoidal, y la onda sinusoidal digital pasa a través del filtro analógico para obtener la forma de onda de entrada analógica final. Las ondas sinusoidales y triangulares digitales se generan mediante D/A de alta velocidad. La onda sinusoidal digital pasa a través del filtro de paso de banda para obtener la señal de onda sinusoidal analógica correspondiente y luego se compara con el umbral para obtener la señal de reloj de onda cuadrada. El acumulador de fase se utiliza para lograr la salida de la misma fase de múltiples 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 los tres esquemas básicos:

Esquema 1

El generador de funciones monolítico controlado por voltaje ICL8038 genera un seno con una frecuencia de Onda de 100Hz a 20KHz, esta onda sinusoidal está controlada por DAC0832 y 5G

353. Debido a las limitaciones del propio ICL8038, su estabilidad de frecuencia de salida es sólo 10-3 (oscilador RC). Además

Debido a la no linealidad del control de voltaje, el control de los pasos de frecuencia es difícil. El control digital de la amplitud de la señal de salida se logra mediante DAC0832 y 5

G353. El microcontrolador ingresa la cantidad digital de amplitud a través del puerto P0. El requisito de datos de amplitud es de 8 bits/100 mV. El almacenamiento de información de configuración del usuario

se completa en 24C01.

El microcontrolador consta de un sistema mínimo 8051, un chip de interfaz de teclado/pantalla 8279, un teclado de 16 bits, una pantalla digital LED de 6 bits,

decodificadores y circuitos de controlador correspondientes. y el interruptor selector "escaneo automático/configuración manual".

Programa 2

Generación de señal básica: La frecuencia del oscilador de cristal es 2M, dividida por 8253 para generar una señal de onda cuadrada de 100HZ, luego la relación de división de frecuencia es:

:

M=fALE/100=2X104

Es decir, FALE=2M

Generalmente, la estabilidad de frecuencia del oscilador de cristal de cuarzo es mejor que 10 -5, por lo que la estabilidad de la frecuencia de salida es mejor que 10-5. Mejor que 10-5, por lo que se garantiza el índice de estabilidad de frecuencia de la señal de salida.

Síntesis de frecuencia: bucle de bloqueo de fase de CD4046 y 8253, fo=100N, y el temporizador de 8253 realiza la división de frecuencia de 4046N,

Luego la frecuencia de la señal de pulso de entrada de el circuito del ciclo de trabajo También N.

Utilizando los tres temporizadores del temporizador/contador programable 8253, solo necesita soportar la división de frecuencia 2x104 mencionada anteriormente y la estabilidad de frecuencia de la señal de salida. Bucle de bloqueo de fase

También hay una tarea de división de frecuencia. La relación de división de frecuencia del temporizador 0 se establece en 2x104 y el temporizador 2 realiza una división del bucle N enclavado en fase. Cuando se utiliza 8253

como divisor de frecuencia, debería funcionar en modo 3.

La transformación de forma de onda adopta el modo de tabla de búsqueda, que divide la forma de onda de un ciclo de la onda sinusoidal en 100 puntos uniformemente según el tiempo, y los datos de voltaje de cada punto se almacenan en la memoria 2817, que está controlado por DA0832 Salida de consulta en tiempo real.

El control numérico de amplitud de la señal de salida se completa con DAC0832. El número de amplitud lo ingresa el microcontrolador a través del puerto P1. Los datos de amplitud requeridos son

8 bits/100 mV.

El sistema de microcontrolador consta del sistema mínimo 89C51, entrada de teclado de 4x4 bits, pantalla LCD de caracteres y decodificación correspondiente, y

circuito de accionamiento. La pantalla LCD adopta el modo de visualización de menú, que es intuitivo y fácil de operar, y la interfaz hombre-máquina es muy amigable

. El almacenamiento de la información de configuración del usuario se completa con 24C01

Programa 3

Usando cristal de cuarzo 4M como fuente de referencia, un acumulador de fase de precisión y una señal digital compuesta por F273, F283 y LS164

Procesamiento, generación de ondas sinusoidales, ondas triangulares y formas de onda arbitrarias a través de 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 en cada pulso de reloj. Cada vez que se actualiza, el incremento de fase M en el registro de incremento de fase se suma al valor de acumulación de fase en el acumulador de fase. Supongamos que la M del registro de incremento de fase es 00....01 y el valor inicial del acumulador de fase es 00...00...00. En este momento, el acumulador de fase

se incrementará en 00...01...01 en cada ciclo de reloj. Cuando el ancho de bits del acumulador n está diseñado para ser de 24 bits, el acumulador de fase requiere 224 ciclos de reloj para restaurar el valor inicial.

La salida del acumulador de fase se utiliza como dirección de búsqueda para la tabla de búsqueda de onda sinusoidal, la tabla de búsqueda de triángulo y la tabla de búsqueda de forma de onda definida por el usuario (todas

E2PROM2817). Cada dirección en la tabla de búsqueda representa un punto de fase de la forma de onda dentro de un ciclo, y cada punto de fase corresponde a un valor de amplitud cuantificado. Por lo tanto, la tabla de búsqueda es equivalente a un convertidor de fase/amplitud que asigna la información de fase en el acumulador de fase a información de amplitud digital y utiliza este valor de amplitud digital como entrada al convertidor D/A.

Al diseñar, n=24, M=1, entonces 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 aumenta 1 veces.

Para un acumulador de fase de n bits, hay 2n puntos de fase posibles, y la palabra de control M en el registro delta de fase es el valor agregado al acumulador de fase en cada ciclo de reloj. Suponiendo que la frecuencia del reloj es fc, la frecuencia de la señal de salida es:

f0 = M*fc / 224

La forma de onda sinusoidal digital pasa a través del filtro analógico para obtener la frecuencia final. forma de onda de la señal analógica. El DAC de alta velocidad genera ondas sinusoidales y triangulares digitales. La onda sinusoidal digital pasa a través del filtro de paso de banda para obtener la señal de onda sinusoidal analógica correspondiente y luego se compara con el umbral para obtener la señal de reloj de onda cuadrada.

El control de amplitud de la señal de salida lo completa el atenuador digital TLC7524, y el microcontrolador ingresa el número de amplitud a través del modo de direccionamiento del bus.

La amplitud es de 8 bits/100 mV . Cuando la amplitud de salida es de 5 V, el valor de la entrada DAC es 400.

El sistema microcontrolador consta del sistema mínimo 89C52, entrada de teclado de 4x4 bits, display LCD de caracteres y decodificación correspondiente,

circuito de accionamiento. La pantalla LCD adopta el modo de visualización de menú, que es intuitivo y fácil de operar, y la interfaz hombre-máquina es muy amigable

. El almacenamiento de la información de configuración del usuario se completa con 24C01

4. Comparación de programas

El siguiente es un análisis detallado y una comparación de las características de rendimiento y la dificultad de implementación de los tres programas.

1) La estructura del programa 1 es relativamente simple, pero debido a las limitaciones del propio ICL8038, utiliza un oscilador RC, por lo que la estabilidad de la frecuencia de salida solo puede alcanzar el orden de 10-3. . La opción 2 utiliza un oscilador de cristal de cuarzo y tecnología de bucle de bloqueo de fase digital, y la estabilidad de frecuencia de los osciladores de cristal de cuarzo generales es mejor que 10-5, por lo que se garantiza la estabilidad de frecuencia de la señal de salida. La opción 3 también 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, cumpliendo con los requisitos del título.

2) Opción 1 Debido al rango lineal limitado F/V del oscilador controlado por voltaje, es difícil controlar el paso de frecuencia para garantizar el coeficiente de cobertura de frecuencia de 1000 veces. La opción 2 utiliza el bucle integrado de bloqueo de fase 4046, que puede lograr fácilmente un coeficiente de cobertura de frecuencia lineal de 1000 veces con el 8253. El programa 3 utiliza un acumulador de fase de precisión y un DAC de alta velocidad para lograr también un factor de cobertura de frecuencia lineal de 1000x.

3) El sistema de visualización de control de la opción 1 es relativamente simple, y la producción de 6 sistemas de visualización LED también es relativamente simple, pero es difícil mostrar la información detallada de la señal de salida del sistema. comparación de operaciones Interfaz hombre-máquina difícil. Los esquemas 2 y 3 utilizan una pantalla LCD de 16 caracteres × 1 línea y un funcionamiento basado en menús, que requieren requisitos técnicos relativamente altos para la producción de hardware y la programación de software, pero pueden mostrar la forma de onda, el ciclo de trabajo, la amplitud de la señal y otra información en detalle. La interfaz hombre-máquina es amigable y fácil de operar.

Y a través del control de programación de software, es muy sencillo preestablecer la frecuencia y la forma de onda de la señal de salida del sistema.

4) En la opción uno, para obtener una resolución de 1 Hz, se debe utilizar un DAC de alta precisión. No es fácil lograr una precisión relativamente alta.

La opción 2 utiliza el control de temporizador programable 8253 en el microcontrolador, y el sintetizador de frecuencia de bucle de bloqueo de fase integrado 4046 puede

proporcionar una resolución de 1 Hz con razonable facilidad. La opción 3 utiliza un acumulador de fase de precisión, que tiene una muy buena resolución de frecuencia y el rango controlable de la frecuencia

es 0,25 Hz

fc/2n=222/224=0,25 Hz

5) El ICL8038 en la Opción 1 puede generar formas de onda relativamente precisas. La opción 2 genera ondas sinusoidales a través de consultas en tiempo real.

Aunque

solo tomamos 100 puntos por cada forma de onda, en situaciones con requisitos más altos, tomar más

puntos por cada forma de onda puede mejorar la precisión de la forma de onda. Tiene un buen rendimiento de actualización y expansión. La opción 3 almacena 1024

puntos de forma de onda en E2PROM, lo que puede proporcionar una forma de onda muy precisa. A 200 KHz, todavía proporciona 8 puntos por forma de onda y, después del filtrado, se puede obtener una buena forma de onda.

6) El tiempo de conversión de frecuencia de las opciones 1 y 2 es principalmente el tiempo de procesamiento del bucle de retroalimentación y el tiempo de respuesta del oscilador controlado por voltaje

, que generalmente están por encima de 1 ms. El tiempo de conversión de frecuencia para la opción 3 está dominado por retrasos en el procesamiento digital, normalmente decenas de ns.

7) Opción 1 Debido al uso de un oscilador RC, es inevitable un ruido de fase relativamente grande. El esquema 2 tiene el doble de ruido de fase que su reloj de referencia (un oscilador de cristal de cuarzo). En la opción 3, dado que la fase de la señal sinusoidal digital tiene una relación lineal con el tiempo, el ruido de fase en la salida de todo el circuito es menor que el ruido de fase de su fuente de reloj de referencia.

De la comparación de los programas anteriores, se puede ver que la estructura del programa tres es más compleja, pero tiene una alta estabilidad de frecuencia de salida, salida de frecuencia

buena linealidad, alta resolución de frecuencia, forma de onda precisa, tiene las ventajas de un tiempo de conversión de frecuencia corto, ruido de fase pequeño, interfaz hombre-máquina amigable, fácil control, etc., y tiene un rendimiento excelente. Es la solución de diseño ideal para este diseño. Relativamente hablando, la estructura del Esquema 1

es muy simple y fácil de producir, pero la señal de salida tiene una linealidad de frecuencia pobre, estabilidad de baja frecuencia, resolución de baja frecuencia y baja frecuencia

conversión de velocidad Tiene desventajas como mucho tiempo, gran ruido de fase e interfaz humano-máquina poco amigable. El circuito de la opción dos también es relativamente simple, pero no es tan bueno como la opción tres en términos de resolución de frecuencia, tiempo de conversión de frecuencia, ruido de fase, etc. En resumen, tanto la Opción 1 como la

Opción 2 tienen sus principales debilidades, lo que dificulta cumplir con los requisitos de diseño ideales. Por lo tanto, no es adecuado para su uso.

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 registro de desplazamiento y pestillo de datos. La palabra de datos de 16 bits en el pin SID se carga en el 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. La entrada de datos al registro de desplazamiento luego se bloquea en el bloqueo de datos activado por el flanco descendente de LAI. Para garantizar un enclavamiento válido de los datos, el flanco descendente de LAI debe ocurrir cuando SCI está en "Bajo". Asimismo, LAI debe permanecer "bajo" mientras los datos SID se trasladan al registro de desplazamiento.

Modo de energía

El ML2035 tiene una función de "suspensión" de energía que mejora la eficiencia energética, lo cual es extremadamente beneficioso para productos portátiles. Cuando desea que el ML2035 permanezca en el estado de "suspensión", alimenta el registro de desplazamiento con todos los "0" y carga los "1" en LATI para que se mantenga alto. En este caso, el consumo de energía del ML2035 se puede reducir a menos de 11,5 mW, mientras que la amplitud de la señal sinusoidal de salida se reduce a 0 V. Vale la pena mencionar que la entrada de energía del ML2035 debe desacoplarse en el diseño del circuito. El esquema de desacoplamiento de energía que se muestra en la Figura 1 se puede utilizar en el diseño del circuito.

Figura 1 Método de procesamiento de desacoplamiento de la fuente de alimentación de ML2035

Diseño de generador de señal sinusoidal simple

A partir de los principios básicos de DDS, se puede ver que debido a la resolución de frecuencia de ML2035 La capacidad es limitada y la señal sinusoidal de salida puede tener errores. Para diferentes relojes de prueba, se producirán diferentes grados de errores de frecuencia. La Tabla 1 ilustra la palabra de control de frecuencia y el error de frecuencia de ML2035 en osciladores de cristal ordinarios.

Tabla 1 Palabra de control de frecuencia y error de frecuencia de ML2035 cuando se usa un oscilador de cristal estándar ordinario

Este artículo pretende utilizar ML2035 para diseñar un oscilador simple de alta precisión con una frecuencia de 1000 Hz. y sin error de frecuencia para el generador de señal sinusoidal, dado que los osciladores de cristal por debajo de 3,5 MHz suelen ser más caros y de mayor tamaño, aquí se utiliza un oscilador de cristal 6,5536. A partir de la ecuación (1), podemos saber que se requieren 1280 palabras de control de frecuencia, por lo que los bits de control de 16 bits requeridos son 1111 D1010 0000 0000. De esta manera, el error de frecuencia de salida de la señal sinusoidal será teóricamente 0,00. La Figura 2 es el diagrama esquemático del circuito de implementación de un generador de señales sinusoidal simple, en el que el contador 74HC4060 actúa como oscilador y temporizador, y el 74HC4002 es un dispositivo CMOS de cuatro puertas NO de alta velocidad. Para que el ML2035 emita una señal sinusoidal con una frecuencia de 1000 Hz, debe cambiarse a 8 bits 0 en los primeros 8 pulsos y luego cambiarse a 1111 1010 en los últimos 8 pulsos.

Figura 2 Diagrama esquemático del circuito generador de señal sinusoidal de 1000Hz basado en ML2035

3. Software

Funciones que completa el AVR.

1. Comunicación del proceso

2. Calcular los parámetros de la señal a generar.

3. Comunicación SPI, enviar datos a FPGA y obtener datos de FPGA.

4. Calcule los parámetros de la señal medida en función de los datos adquiridos.

En cuanto a comunicación y algoritmos, no diré mucho aquí, hablemos de comunicación SPI. En lugar de utilizar el periférico SPI del AVR, utilicé E/S normales

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