機電一體化論文題目-高精度正弦全自動激勵信號源的設(shè)計與實現(xiàn)

1、機電一體化論文題目-高精度正弦全自動激勵信號源的設(shè)計與實現(xiàn)    智識期刊網(wǎng)（）專業(yè)提供職稱論文發(fā)表、各類畢業(yè)論文寫作指導(dǎo)服務(wù)！咨詢電話#160;    QQ:972865352為了提高廣大機電工程師的理論水平、解決工程師刊登學(xué)術(shù)論文難和工程師評職之需要，本公司特組織編審?fù)扑]以下機電類刊物，歡迎廣大工程師投稿與咨詢! 機電信息機械研究與應(yīng)用現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備裝備制造技術(shù) 電氣防爆機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新機械機械工程師工礦自動化自動化與儀器儀表鍛壓裝備與制造技術(shù)新技術(shù)新工藝機電技術(shù)制造業(yè)自動化現(xiàn)代制造工程等

2、1.引言 在許多工程測量中，都需要某種固定頻率的正弦信號作為激勵源，如利用模擬傳感器的輸出情況對所研制的監(jiān)測系統(tǒng)、檢測單元進行功能的驗證：或者進行采集量程的標定工作等。在這些情況下，直接采用一個性能優(yōu)越的信號發(fā)生器固然可以滿足工作要求，但是這又帶來了新的問題，一方面信號發(fā)生器是外配儀器，增加了系統(tǒng)的成本，另一方面也不便于自動化測量。利用D/A轉(zhuǎn)換器加高階濾波器的方式也可實現(xiàn)以上功能要求，但是在windows操作平臺下，對軟件技術(shù)提出了更高的要求。本文在科研項目的研究工作中恰好遇到了這樣一個問題，在信號的檢測與標定工作中需要一個120Hz、峰值從0.01V到10V可調(diào)的、失真小于1%的高精度正弦

3、激勵信號。本文采用常規(guī)的電路實現(xiàn)了這個功能。 2.原理與實現(xiàn)過程簡述   本科研項目是基于PC-104總線的某型飛機發(fā)動機參數(shù)的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要一個用于飛機振動校準的激勵信號給定單元。經(jīng)仔細分析技術(shù)指標的要求，該單元需要一個幅值從0.01伏到10伏可調(diào)，且給定幅值穩(wěn)定、波形失真小、頻率為120Hz的交流信號源，幅值給定以0.01伏為一個間隔。如果我們利用磚碼稱重的原理，能很快地完成這一功能。顯然，信號激勵中只需要小數(shù)點后兩位，即正弦信號峰值變化范圍從10mV到10V，它有一位整數(shù)位、兩位小數(shù)位。如果我們集中實現(xiàn)一個120Hz的高精度正弦波振蕩器，然后從中取5伏、4伏、2

4、伏、和l伏的“磚碼”信號，可以通過電子開關(guān)組合，再用加法器形成l伏到10伏之間的任意一個峰值，類似地用0.5伏、0.4伏、0.2伏和0.1伏的“磚碼”信號可以形成0.1伏到0.9伏的正弦信號，用0.05伏、0.04伏、0.02伏和0.01伏的“砝碼”信號可以形成0.01伏到0.09伏的正弦信號，這三組“砝碼”信號組合在一起則可以給出峰值從0.01伏到10伏、幅值變化臺階為0.01伏的任一峰值的正弦激勵信號，完全可以滿足工程的需要。 根據(jù)上述分析，我們設(shè)計出如圖1所示的硬件框圖。在圖1中，正弦波信號源選用MAX038芯片，其輸出正弦波頻率可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，該芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以保證向外提

5、供失真度小于1%的正弦信號；為了提高信號的比例精度，所有的分壓電阻全部定制，阻值精度可達千分之一；運放選用低漂移運放LM124；電子開關(guān)選用高性能的MAX4536的4路單刀單擲開關(guān)；另外，考慮到電子開關(guān)導(dǎo)通后有幾十歐姆的壓降，為了減小其影響，在加法器中反饋電阻與累加電阻均選擇為幾十千歐左右，進一步削弱電子開關(guān)導(dǎo)通電阻在比例加法器中的影響。由于以上措施的作用，可以大幅度提高電路在實際使用中的性能。 在圖1所示電路中，電子開關(guān)為譯碼后控制，一位控制碼控制一路開關(guān)，因此電子開關(guān)的控制共需要12個數(shù)字量輸出接口，這在筆者所采用的嵌入式系統(tǒng)中是不允許的，因為沒有這么多的資源，為了進一步滿足系統(tǒng)的要求，采

6、用單并轉(zhuǎn)換技術(shù)，用三片4位移位寄存器CT1194串聯(lián)組成一個12位的移位寄存器，框圖如圖2所示。 圖1中，12個電子開關(guān)共有4096種組合，其每種組合對應(yīng)著一個特定大小的正弦交流信號，這些電子開關(guān)的控制，雖然需要12個I/O口，但只要借助于圖2的串入并出移位寄存器，我們通過數(shù)據(jù)口DATA1和時鐘口CLK兩個輸出口可以把4096種組合的任意一種送到Q1到Q12上，從而用兩個I/O口實現(xiàn)了12路電子開關(guān)的控制。而在筆者所用的PC-104的I/O卡中，其外擴I/O口是用8255實現(xiàn)的，由于8255的C口具有位控功能位置位或位清零，則從C口中任取兩位作為移位寄存器的數(shù)據(jù)端口和時鐘端口，在12個脈沖上升

7、沿作用下，可以將任意一個12位二進制數(shù)送到Q1到Q12口，從而完成對電子開關(guān)的期望控制，在圖l中Vout處得到所希望幅值大小的定頻正弦波。   進制數(shù)對應(yīng)于激勵實際需要的數(shù)值012345678950000000011400001111012001100111010101010110輸出編碼0x000x010x020x030x040x050x060x070x0B0x0C轉(zhuǎn)換后輸出給電子開關(guān)，對輸出進行控制3.實現(xiàn)過程 為了獲得激勵信號所需要的幅值，本單元使用PC.104的I/O模塊的C口的位控功能對電子開關(guān)進行控制。首先在控制面板上給出激勵信號所需的幅值，然后將此值利用5421碼序列進

8、行編碼，所謂5421碼是指碼制相應(yīng)位的權(quán)值分別為5、4、2、1，即相應(yīng)位為1時所代表的十進制值分別是5、4、2、1。具體的編碼規(guī)則如表1所示。對激勵所需幅值編碼后，將所得二進制編碼按由低到高的順序輸入移位寄存器，該編碼由寄存器并行輸出給電子開關(guān)的控制端，控制開關(guān)的開閉，從而控制加法器的輸出結(jié)果，獲得所需幅值的正弦激勵信號?？刂七^程的流程圖如圖3所示，為了更詳細地介紹此流程的實現(xiàn)過程，下面舉例進行說明。 4.例子 例如需要一個f（t）=3.95sin240tV的正弦激勵信號，按照軟件框圖獲得此激勵信號的方法如下。在開始編程之前，首先進行端口分配，I/O模塊C口的地址為Address，設(shè)C2為RD

9、的控制口，C3為DATA的控制口，C4為CLK的控制口。程序首先要將移位寄存器復(fù)位，即對C口的C2位進行操作，如下所述： Ootp(Address,0x04); /使C2口輸出0 Delay(0.01); Outp(Address,0x05); /使C2口輸出1 Delay(0.01); 輸入幅值為：3.956，即a=3.956：則b=100*3.956=395.6，四舍五入得396； 396除以10取余得6，所以C1=6： 396整除lO得到39，39除以10取余得到9，所以C2=9； 396整除100得到3，所以C3=3。 將C1、C2、C3按照5421碼序列進行編碼，編碼規(guī)則見表1，根據(jù)

10、表1的規(guī)則轉(zhuǎn)換后，得： C1=0000 0110=0x06 C2=0000 1100=0x0C C3=0000 0011=0x03 將C1的數(shù)值賦予d1（即1=0000 0110）；將C2左移4位后，變成0000 1100 0000，賦予d2(即d2=0000 1100 0000)；將C3左移8位后，變成0011 0000 0000，賦予d3（即將上面得到的12位二進制數(shù)的每一位依次賦與數(shù)組。然后分12次將數(shù)組中的數(shù)據(jù)作為控制信號輸入到寄存器中，得到相應(yīng)的控制權(quán)值，用來控制輸出正弦激勵信號幅值的大小。C3為DATA的控制口，C4為CLK的控制口，具體實現(xiàn)過程如下： 當輸出數(shù)據(jù)bitI=1時：

11、outp(Address,0x08); /脈沖信號為低電平。 Delay(0.01); Outp(Address,0x07); /位操作置1。 Delay(0.01); Outp(Address,0x09); /脈沖信號為高電平。 當輸出數(shù)據(jù)bitI=0時： oout(Address,0x08); /脈沖信號為低電平。 Delay(0.01); Outp(Address,0x06); /位操作置0. Delay(0.01); Outp(Address,0x09); /脈沖信號為高電平。    5.結(jié)束語 本單元利用常規(guī)電路實現(xiàn)了固定頻率的正弦信號的給定功能。它能得到從10mV到10V之間任意幅值的正弦信號，對所需激勵信號的頻率及幅值的要求，精度能達到1%，且正弦信號的失真度也不超過1%。本檢測單元己在基于PC.104總線的某型飛機發(fā)動機參數(shù)的檢測系統(tǒng)中為飛機振動校準提供了激勵信號，經(jīng)調(diào)試完全能滿足本文所述的各種參數(shù)要求。  &