一種新型教學(xué)用圖形合成器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于：包括單片機，單片機輸出的基準頻率信號一路通過移相電路與N1倍頻器相連，另一路直接與N2倍頻器相連，N1倍頻器與N1數(shù)字波形合成器相連，N2倍頻器與N2數(shù)字波形合成器相連，N1數(shù)字波形合成器與第一濾波和電壓放大模塊相連，N2數(shù)字波形合成器與第二濾波和電壓放大模塊相連，第一濾波和電壓放大模塊與第一絕對值電路相連，第二濾波和電壓放大模塊與第二絕對值電路相連，單片機輸出端還與1602液晶顯示器相連。實用新型給出低成本的硬件設(shè)計方案以及關(guān)鍵電路，適合實驗室仿制，以滿足大學(xué)本科物理和電工電子學(xué)教學(xué)實驗需要，還可以作為學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練內(nèi)容。
【專利說明】一種新型教學(xué)用圖形合成器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及圖形圖像合成【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種新型教學(xué)用圖形合成器。

【背景技術(shù)】
[0002]物理實驗教學(xué)中對李薩如圖形進行合成時一般使用2臺模擬正弦波信號發(fā)生器，由于溫漂和時漂的存在，信號的頻率比和相位差不能固定，導(dǎo)致李薩如圖形隨時間滾動。采用數(shù)字正弦信號發(fā)生器可以改善這種情況，但實驗成本太高，圖像還是有較大的滾動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種新型教學(xué)用圖形合成器，其采用基于單一晶振的相位可調(diào)的雙路頻率合成電路和基于單片機的雙路數(shù)字正弦波合成電路，使兩路正弦波信號的頻率比恒定不變，合成的李薩如圖形24 h內(nèi)漂移小于IT / 8，在3學(xué)時物理實驗過程中，肉眼幾乎難以察覺到李薩如圖形滾動。本實用新型給出低成本的硬件設(shè)計方案以及關(guān)鍵電路，適合實驗室仿制，以滿足大學(xué)本科物理和電工電子學(xué)教學(xué)實驗需要，還可以作為學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練內(nèi)容。
[0004]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種新型教學(xué)用圖形合成器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電路板，其特征在于:所述電路板包括單片機、NI倍頻器、N2倍頻器、NI數(shù)字波形合成器、N2數(shù)字波形合成器，所述單片機內(nèi)部的預(yù)分頻器和可預(yù)置數(shù)8位定時計數(shù)器分頻后形成的基準頻率信號一路通過移相電路與NI倍頻器相連，另一路直接與N2倍頻器相連，所述NI倍頻器的輸出端與NI數(shù)字波形合成器相連，所述N2倍頻器輸出端與N2數(shù)字波形合成器相連，所述NI數(shù)字波形合成器輸出端與LF353芯片組成的第一濾波和電壓放大模塊相連，所述N2數(shù)字波形合成器輸出端與LF353芯片組成的第二濾波和電壓放大模塊相連，所述第一濾波和電壓放大模塊輸出端與LF353芯片組成的第一絕對值電路相連，所述第二濾波和電壓放大模塊輸出端與LF353芯片組成的第二絕對值電路相連，所述單片機輸出端還與1602液晶顯示器相連。
[0005]上述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述單片機輸出端還連接有用于粗調(diào)第一濾波和電壓放大模塊輸出信號fl的電阻R1、用于細調(diào)第一濾波和電壓放大模塊輸出信號Π的電阻R2、用于調(diào)整第二濾波和電壓放大模塊輸出信號f2的電阻R3。
[0006]上述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述NI倍頻器、N2倍頻器均由PLL鎖相環(huán)⑶4046芯片和N分頻器組成。
[0007]上述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述移相電路由⑶4098芯片和與其相連的調(diào)整電阻組成。
[0008]上述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述NI數(shù)字波形合成器和N2數(shù)字波形合成器均由依次相連的串入并出計數(shù)器74HC393、R0M波形存儲器27C64和DAC0808組成。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有一下優(yōu)點:
[0010]本實用新型采用基于單一晶振的相位可調(diào)的雙路頻率合成電路和基于單片機的雙路數(shù)字正弦波合成電路，使兩路正弦波信號的頻率比恒定不變，合成的李薩如圖形24 h內(nèi)漂移小于IT / 8，在3學(xué)時物理實驗過程中，肉眼幾乎難以察覺到李薩如圖形滾動。本實用新型給出低成本的硬件設(shè)計方案以及關(guān)鍵電路，適合實驗室仿制，以滿足大學(xué)本科物理和電工電子學(xué)教學(xué)實驗需要，還可以作為學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練內(nèi)容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1本實用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2本實用新型的雙路頻率合成框圖；
[0013]圖3本實用新型的數(shù)字波形合成器框圖；
[0014]圖4本實用新型的相位差調(diào)整電路原理圖；
[0015]圖5本實用新型的鎖相環(huán)電路原理圖；
[0016]圖6本實用新型的數(shù)字波形合成器電路原理圖；
[0017]圖7本實用新型的絕對值電路原理圖；
[0018]圖8本實用新型的合成頻率比為2:1的振動合成波形圖；
[0019]圖9本實用新型的合成頻率比為3:2的振動合成波形圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖進一步詳細描述本實用新型的【具體實施方式】:
[0021]如圖1所示，一種新型教學(xué)用圖形合成器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電路板，其特征在于:所述電路板包括單片機1、N1倍頻器3、N2倍頻器4、N1數(shù)字波形合成器5、N2數(shù)字波形合成器8，所述單片機I內(nèi)部的預(yù)分頻器和可預(yù)置數(shù)8位定時計數(shù)器分頻后形成的基準頻率信號一路通過移相電路2與NI倍頻器3相連，另一路直接與N2倍頻器4相連，所述NI倍頻器3的輸出端與NI數(shù)字波形合成器5相連，所述N2倍頻器4輸出端與N2數(shù)字波形合成器8相連，所述NI數(shù)字波形合成器5輸出端與LF353芯片組成的第一濾波和電壓放大模塊6相連，所述N2數(shù)字波形合成器8輸出端與LF353芯片組成的第二濾波和電壓放大模塊9相連,所述第一濾波和電壓放大模塊6輸出端與LF353芯片組成的第一絕對值電路10相連，所述第二濾波和電壓放大模塊9輸出端與LF353芯片組成的第二絕對值電路11相連，所述單片機I輸出端還與1602液晶顯示器7相連。
[0022]本實施例中，所述單片機I輸出端還連接有用于粗調(diào)第一濾波和電壓放大模塊6輸出信號fl的電阻R1、用于細調(diào)第一濾波和電壓放大模塊6輸出信號fl的電阻R2、用于調(diào)整第二濾波和電壓放大模塊9輸出信號f2的電阻R3。
[0023]本實施例中，所述NI倍頻器3、N2倍頻器4均由PLL鎖相環(huán)⑶4046芯片和N分頻器組成。
[0024]本實施例中，所述移相電路2由⑶4098芯片和與其相連的調(diào)整電阻組成。
[0025]本實施例中，所述NI數(shù)字波形合成器5和N2數(shù)字波形合成器8均由依次相連的串入并出計數(shù)器74HC393、ROM波形存儲器27C64和DAC0808組成。
[0026]具體地，石英晶振經(jīng)MEGA16單片機內(nèi)部的預(yù)分頻器和可預(yù)置數(shù)8位定時計數(shù)器TO分頻后，形成fo=256 Hz的基準頻率fO，一路經(jīng)過⑶4098構(gòu)成的移相電路后送到NI倍頻器；另一路直接送到N2倍頻器進行頻率合成。倍頻器由PLL鎖相⑶4046和N分頻器組成，調(diào)整Rl可以改變2個信號的相位差，NI分頻器和N2分頻器分別由單片機內(nèi)部的16位預(yù)置數(shù)計數(shù)器T0、8位計數(shù)器Τ2擔(dān)任，頻率合成電路輸出的頻率信號為讀取信號，經(jīng)過8位串入并出計數(shù)器74HC393轉(zhuǎn)變成并行數(shù)據(jù)送到EPROM存儲器27C6416的低8位地址線上，讀取存放在m=256個地址單元里的正弦信號樣本，從數(shù)據(jù)線送到DA模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)變成模擬正弦波信號，經(jīng)運算放大器LF353濾波放大后輸出。
[0027]因為fo=256 Hz，m=256，所以n=m/f0=l，此時輸出頻率為f=N / n=N?？深A(yù)置數(shù)計數(shù)器Tl和T2的預(yù)置數(shù)就是分頻數(shù)N1、N2，在程序中改變預(yù)置數(shù)大小相當(dāng)于改變了分頻數(shù)NI和N2。因此，可以通過改變預(yù)置數(shù)N來改變輸出頻率。
[0028]RU R2、R3為頻率調(diào)節(jié)電位器，其滑臂分別接在EGA16單片機內(nèi)部的多路AD轉(zhuǎn)換器端口 PA0、PA1、PA2上。用戶調(diào)節(jié)頻率時，改變了電位器滑臂的電壓，通過AD轉(zhuǎn)換把用戶的調(diào)節(jié)信息轉(zhuǎn)換成預(yù)分頻數(shù)NI和N2，從而改變了輸出頻率。電位器R1、R2、R3的工作電壓由參考電壓由參考電壓Vref提供，其中，Rl、R2調(diào)整分頻數(shù)NI，R3調(diào)整分頻數(shù)N2。
[0029]輸出頻率fl的變化范圍為5— 4000 Hz，步距1Hz，輸出頻率正的變化范圍為5—204 Hz，步距1Hz，這一指標已經(jīng)能夠滿足教學(xué)需要，如果提高電路的頻率特性和定時計數(shù)器位數(shù)，可以提高輸出頻率的上限。
[0030]由LF353構(gòu)成的絕對值電路把輸出的交變信號轉(zhuǎn)換成直流電平Ufl、Uf2,分別送到模擬信號輸入端PA3、PA4，MEGA16單片機內(nèi)部的多路AD轉(zhuǎn)換器對Ufl、Uf2進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以測量輸出大小。
[0031]MEGA16單片機的端口 PC2 — PC7用于驅(qū)動液晶顯示器1602，液晶顯示器1602每行可顯示16個字符，共2行，第I行顯示Π頻率值和輸出幅度Ufl ;第2行顯示f2頻率值和輸出幅度Uf2。
[0032]調(diào)整電路原理圖如圖4所示，由雙單穩(wěn)態(tài)電路⑶4098組成一個脈沖延時電路，該電路可以在輸入脈沖出現(xiàn)后，經(jīng)過一個預(yù)定的時間延時Tl，再輸出一個寬度為T2的脈沖，T1=C61 (R61+R)/2，T2= (C62R62)/2，其中，Tl和T2之和不能大于2個輸入脈沖的時間間隔，顯然，減少T2可以增加Tl，實際可以調(diào)整的延時時間可以達到180度以上。
[0033]PLL鎖相環(huán)電路原理圖如圖5所示，⑶4046是CMOS鎖相環(huán)，常用于頻率合成、頻率倍增、調(diào)制解調(diào)、電壓頻率轉(zhuǎn)換、時鐘相位同步等方面，其中C71決定工作頻率上限，R71和C73組成的濾波器決定鎖定的頻率范圍，C72是電源去耦電容，3腳接單片機的0C1A(另一路為0C2)端，4腳接單片機Tl，(另一路為T2)端，14腳為256 Hz的基準頻率fO輸入端。
[0034]數(shù)字波形合成器電路原理圖如圖6所示，單片機的Tl (另一路為0C2)端的串行脈沖經(jīng)串入并出計數(shù)器74HC393計數(shù)端輸入，其輸出接到EPROM存儲器27C64低8位地址線，多余地址線接地，27C64輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC0808轉(zhuǎn)換成模擬電流信號由4腳輸出，經(jīng)U84A運算放大器轉(zhuǎn)換成電壓信號，該信號由R84、R85、C85、C86組成的簡單的濾波網(wǎng)絡(luò)濾波后，送U84B進行電壓放大輸出，U84A和U84B由雙運算放大器LF353擔(dān)任，調(diào)整W81可以改變輸出信號幅度。
[0035]絕對值電路原理圖如圖7所示，輸出信號fl經(jīng)W91調(diào)整后送到精密半波整流器得到與輸入交流信號成正比的直流電壓Ufl輸出，送到單片機AD轉(zhuǎn)換輸入端進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并在液晶顯示器上顯示出來，新機使用前需要進行校準，校準時用標準電壓表測量輸出信號f I并調(diào)整W91，使IXD顯示的數(shù)值與標準電壓表測量值相符即可。
[0036]本實用新型不局限于上述具體的實施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型教學(xué)用圖形合成器，包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的電路板，其特征在于:所述電路板包括單片機(1)、N1倍頻器(3)、N2倍頻器(4)、N1數(shù)字波形合成器(5)、N2數(shù)字波形合成器(8)，所述單片機(I)內(nèi)部的預(yù)分頻器和可預(yù)置數(shù)8位定時計數(shù)器分頻后形成的基準頻率信號一路通過移相電路(2)與NI倍頻器(3)相連，另一路直接與N2倍頻器(4)相連，所述NI倍頻器(3)的輸出端與NI數(shù)字波形合成器(5)相連，所述N2倍頻器(4)輸出端與N2數(shù)字波形合成器(8)相連，所述NI數(shù)字波形合成器(5)輸出端與LF353芯片組成的第一濾波和電壓放大模塊(6)相連，所述N2數(shù)字波形合成器(8)輸出端與LF353芯片組成的第二濾波和電壓放大模塊(9)相連,所述第一濾波和電壓放大模塊(6)輸出端與LF353芯片組成的第一絕對值電路(10)相連，所述第二濾波和電壓放大模塊(9)輸出端與LF353芯片組成的第二絕對值電路(11)相連，所述單片機(I)輸出端還與1602液晶顯示器(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述單片機(I)輸出端還連接有用于粗調(diào)第一濾波和電壓放大模塊(6)輸出信號fl的電阻R1、用于細調(diào)第一濾波和電壓放大模塊(6)輸出信號fl的電阻R2、用于調(diào)整第二濾波和電壓放大模塊(9)輸出信號f2的電阻R3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述NI倍頻器(3)、N2倍頻器(4)均由PLL鎖相環(huán)⑶4046芯片和N分頻器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述移相電路(2)由⑶4098芯片和與其相連的調(diào)整電阻組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型教學(xué)用圖形合成器，其特征在于:所述NI數(shù)字波形合成器(5)和N2數(shù)字波形合成器(8)均由依次相連的串入并出計數(shù)器74HC393、ROM波形存儲器27C64和DAC0808組成。
【文檔編號】G09B23/18GK204029238SQ201420400343
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】張明亮, 王嗆 申請人:寧夏通澤科技有限公司, 張明亮, 王嗆