一種專用于聲速測量試驗的信號發生器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種專用于聲速測量試驗的信號發生器，編碼器輸入模塊包括旋轉編碼器和轉向識別電路，旋轉編碼器的輸出端分別與單片機控制模塊和轉向識別電路的輸入端相連接，轉向識別電路的輸出端與單片機控制模塊的輸入端相連接；單片機控制模塊的輸出端分別與存儲模塊、顯示模塊和DDS正弦波生成模塊的相應輸入端相連接，DDS正弦波生成模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連接，低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊的輸入端相連接。本實用新型專利技術專用于聲速測量實驗，只產生實驗所需的36KHz～38KHz范圍內的正弦波。由于輸出正弦波的頻率范圍較窄，避免了頻率浪費，同時頻率調節容易且精度高、誤差小。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種信號發生器，具體涉及一種專用于聲速測量試驗的信號發生器。
技術介紹
聲速測量試驗是最經典的大學物理實驗之一，該實驗不僅能夠使得學生們了解到波速、波長和頻率之間的定量關系以及形成駐波的條件等一般規律，還能進一步理解聲音傳播的本質。目前在聲速測定實驗中所用的超聲波信號發生器雖然基本能滿足實驗要求，但是還存在兩個不足之處:(I)現有的超聲波信號發生器產生的頻率過寬，為20HZ?200KHz，但是超聲波聲速測定實驗中一般只需要特定頻率(36KHz?38Hz)的信號，因此在聲速測定實驗使用時經常需要通過旋動旋鈕進行機械調頻，產生機械損耗而縮短儀器壽命，還會產生駐點漂移并且機械調頻不易準確完成，易出現誤差，不利于學生進行實驗。(2)現有的信號發生器產生波形種類繁多，而聲速測定實驗只需要使用正弦波，這樣現有信號發生器的很多的功能被浪費了，導致供大于求、功耗大。因此，研制一款物美價廉的調頻范圍窄，輸出頻率接近所需，只輸出正弦波信號專用于聲速測定實驗使用的超聲波信號發生器是很有必要的。在信號輸入方面，現有的超聲波信號源大多采用電位器調節產生所需頻率的數值，然后產生所需要的正弦波、方波、三角波等。因為調頻是通過旋動旋鈕進行電位器調節，操作困難，易出現誤差。經常采用電位器調頻會造成機械損耗，縮短儀器壽命，還會產生駐點漂移并且電位器調頻不易準確完成，不利于學生進行實驗。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是提供一種專用于聲速測量試驗的信號發生器，只輸出36KHz?38KHz頻率范圍內的正弦波，頻率調節方便且精度較高。為解決上述技術問題，本技術所采取的技術方案如下:一種專用于聲速測量試驗的信號發生器，包括電源模塊、編碼器輸入模塊、單片機控制模塊、存儲模塊、顯示模塊、DDS正弦波生成模塊、低通濾波模塊和運算放大模塊；所述電源模塊為其他模塊提供所需的直流電壓；所述編碼器輸入模塊包括旋轉編碼器和轉向識別電路，旋轉編碼器的輸出端分別與單片機控制模塊和轉向識別電路的輸入端相連接，轉向識別電路的輸出端與單片機控制模塊的輸入端相連接；所述單片機控制模塊的輸出端分別與存儲模塊、顯示模塊和DDS正弦波生成模塊的相應輸入端相連接，DDS正弦波生成模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連接，低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊的輸入端相連接；用戶左轉或右轉旋轉編碼器的旋鈕及連續按下旋轉編碼器的按鈕開關，旋轉編碼器將旋鈕轉動值發送至轉向識別電路，轉向識別電路判別用戶是左轉或右轉旋鈕并將判別信號發送至單片機控制模塊，同時旋轉編碼器將旋鈕轉動值及按鈕開關連續按下的次數發送至單片機控制模塊；單片機控制模塊根據按鈕開關連續按下的次數選定相應的步進值，并結合旋鈕轉動值及判別信號，生成36KHz?38KHz范圍內的頻率值，單片機控制模塊一方面將該頻率值和步進值發送至顯示模塊進行顯示，一方面將該頻率值發送至存儲模塊進行存儲，另一方面將該頻率值發送至DDS正弦波生成模塊，由DDS正弦波生成模塊產生頻率等于該頻率值的正弦波并將該正弦波發送至低通濾波模塊進行去噪處理，低通濾波模塊將去噪后生成的波形平滑的正弦波發送至運算放大模塊進行信號放大，最后輸出幅度經過調理且頻率為36KHz?38KHz的正弦波信號。其中，所述電源模塊包括變壓器、整流橋以及三個穩壓芯片7812、7912和7805，實現交流220V至直流+12V、-12V和+5V的轉換。其中，所述單片機控制模塊包括單片機STC89c52。其中，所述顯示模塊包括GXM 1602NSL液晶屏；單片機STC89c52的39-32腳分別接GXM 1602NSL液晶屏的7-14腳；單片機STC89c52的26-29腳分別接GXM 1602NSL液晶屏的4-6腳。其中，所述轉向識別電路為與非門電路74HC00 ;旋轉編碼器的5腳接入到單片機STC89c52的23腳，旋轉編碼器的I腳同時接入到與非門電路74HC00的I腳和單片機STC89c52的21腳，旋轉編碼器的3腳同時接入到與非門電路74HC00的2腳和單片機STC89c52的22腳；與非門電路74HC00的11腳接入到單片機STC89c52的12腳；旋轉編碼器的旋鈕右轉時頻率增加，左轉時頻率下降，并且左右旋轉時對應的頻率范圍為36KHz?38KHz ;連續按下旋轉編碼器的按鈕開關一至三次對應的步進值分別為1Ηζ、10Ηζ和100Hz。其中，所述存儲模塊包括EEPROM芯片24c08 ;單片機STC89c52的25、24腳分別接芯片24c08的5、6腳。其中，所述DDS正弦波生成模塊包括AD9850芯片；單片機STC89c52的1_4腳分別接 AD9850 芯片的 8、12、7、25 腳。其中，所述低通濾波模塊包括電阻R4、R5、電容C7-C7和電感L1-L3 ;所述運算放大模塊包括運放芯片NE5532、電阻Rl、R3和電位器R2 ;運放芯片NE5532的I腳為36KHz?38KHz的正弦波信號的輸出端；電感LI與電容C2并聯組成第一諧振電路，電感L2與電容C4并聯組成第二諧振電路，電感L3與電容C6并聯組成第三諧振電路，第一至第三諧振電路和電阻R3依次串聯后接在AD9850芯片的21腳與運放芯片NE5532的3腳之間；電阻C4和電容Cl并聯后接在AD9850芯片的21腳與地之間，電容C3接在第一諧振電路與第二諧振電路的節點與地之間，電容C5接在第二諧振電路與第三諧振電路的節點與地之間，電容C7與電阻R5并聯后接在第三諧振電路與電阻R3的節點與地之間；電阻Rl和電位器R2串聯后接在運放芯片NE5532的I腳與地之間，電位器R2的動臂接運放芯片NE5532的I腳，運放芯片NE5532的2腳接電阻Rl與電位器R2的節點。采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本技術專用于聲速測量實驗，只產生實驗所需的36KHz?38KHz范圍內的正弦波。由于輸出正弦波的頻率范圍較窄，避免了頻率浪費，同時頻率調節容易且精度高、誤差小。(I)本技術利用旋轉編碼器產生所需要頻率的頻值，輕松的實現頻率調節，不僅避免了機械方式誤差大、操作難、壽命短的缺點，而且提高了精度與選頻速度。把頻率限定在36KHz?38KHz范圍內，并設置3個檔位，且編碼器順時針(向右)旋轉時頻率增加，逆時針(向左)旋轉時頻率降低。在小范圍內調節頻率值，方便了操作和實驗準確度。(2)本技術專器專用，利用AD9850芯片只輸出正弦波，降低了功耗，節約成本，優選了電子器件，使誤差縮小到0.4Hz以內。(3)現有信號發生器售價在800?1200之間，本技術優選電子器件，很好的降低了成本，本技術的成本可以降低到150以下，具有可觀的性價比，并且信號輸出精確度較高。(4)本技術在精簡功耗的基礎上，大量減少電子器件的使用，并且在不增加成本及不產生不良影響的前提下多使用貼片式器件，在不產生電磁干擾的前提下電路集成化程度更高，從而體積更小，利于搬動。【附圖說明】圖1為本技術的結構框圖；圖2為本技術第一部分的連接示意圖；圖3為本技術第二部分的連接示意圖；圖4為本技術第三部分的連接示意圖。【具體實施方式】如圖1所示，本技術公開了一種專用于聲速測量試驗的信號發生器本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種專用于聲速測量試驗的信號發生器，其特征在于：包括電源模塊、編碼器輸入模塊、單片機控制模塊、存儲模塊、顯示模塊、DDS正弦波生成模塊、低通濾波模塊和運算放大模塊；所述電源模塊為其他模塊提供所需的直流電壓；所述編碼器輸入模塊包括旋轉編碼器和轉向識別電路，旋轉編碼器的輸出端分別與單片機控制模塊和轉向識別電路的輸入端相連接，轉向識別電路的輸出端與單片機控制模塊的輸入端相連接；所述單片機控制模塊的輸出端分別與存儲模塊、顯示模塊和DDS正弦波生成模塊的相應輸入端相連接，DDS正弦波生成模塊的輸出端與低通濾波模塊的輸入端相連接，低通濾波模塊的輸出端與運算放大模塊的輸入端相連接；用戶左轉或右轉旋轉編碼器的旋鈕及連續按下旋轉編碼器的按鈕開關，旋轉編碼器將旋鈕轉動值發送至轉向識別電路，轉向識別電路判別用戶是左轉或右轉旋鈕并將判別信號發送至單片機控制模塊，同時旋轉編碼器將旋鈕轉動值及按鈕開關連續按下的次數發送至單片機控制模塊；單片機控制模塊根據按鈕開關連續按下的次數選定相應的步進值，并結合旋鈕轉動值及判別信號，生成36KHz～38KHz范圍內的頻率值，單片機控制模塊一方面將該頻率值和步進值發送至顯示模塊進行顯示，一方面將該頻率值發送至存儲模塊進行存儲，另一方面將該頻率值發送至DDS正弦波生成模塊，由DDS正弦波生成模塊產生頻率等于該頻率值的正弦波并將該正弦波發送至低通濾波模塊進行去噪處理，低通濾波模塊將去噪后生成的波形平滑的正弦波發送至運算放大模塊進行信號放大，最后輸出幅度經過調理且頻率為36KHz～38KHz的正弦波信號。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯曉強，劉文強，冀夢輝，楊明睿，李昌嵩，魏旭毫，洪金聘，張小娜，
申請(專利權)人：鄭州大學，
類型：新型
國別省市：河南;41