一種專用于聲速測量試驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)發(fā)生器，具體涉及一種專用于聲速測量試驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]聲速測量試驗(yàn)是最經(jīng)典的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)之一，該實(shí)驗(yàn)不僅能夠使得學(xué)生們了解到波速、波長和頻率之間的定量關(guān)系以及形成駐波的條件等一般規(guī)律，還能進(jìn)一步理解聲音傳播的本質(zhì)。目前在聲速測定實(shí)驗(yàn)中所用的超聲波信號(hào)發(fā)生器雖然基本能滿足實(shí)驗(yàn)要求，但是還存在兩個(gè)不足之處:(I)現(xiàn)有的超聲波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率過寬，為20HZ?200KHz，但是超聲波聲速測定實(shí)驗(yàn)中一般只需要特定頻率(36KHz?38Hz)的信號(hào)，因此在聲速測定實(shí)驗(yàn)使用時(shí)經(jīng)常需要通過旋動(dòng)旋鈕進(jìn)行機(jī)械調(diào)頻，產(chǎn)生機(jī)械損耗而縮短儀器壽命，還會(huì)產(chǎn)生駐點(diǎn)漂移并且機(jī)械調(diào)頻不易準(zhǔn)確完成，易出現(xiàn)誤差，不利于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)現(xiàn)有的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生波形種類繁多，而聲速測定實(shí)驗(yàn)只需要使用正弦波，這樣現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生器的很多的功能被浪費(fèi)了，導(dǎo)致供大于求、功耗大。因此，研制一款物美價(jià)廉的調(diào)頻范圍窄，輸出頻率接近所需，只輸出正弦波信號(hào)專用于聲速測定實(shí)驗(yàn)使用的超聲波信號(hào)發(fā)生器是很有必要的。
[0003]在信號(hào)輸入方面，現(xiàn)有的超聲波信號(hào)源大多采用電位器調(diào)節(jié)產(chǎn)生所需頻率的數(shù)值，然后產(chǎn)生所需要的正弦波、方波、三角波等。因?yàn)檎{(diào)頻是通過旋動(dòng)旋鈕進(jìn)行電位器調(diào)節(jié)，操作困難，易出現(xiàn)誤差。經(jīng)常采用電位器調(diào)頻會(huì)造成機(jī)械損耗，縮短儀器壽命，還會(huì)產(chǎn)生駐點(diǎn)漂移并且電位器調(diào)頻不易準(zhǔn)確完成，不利于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種專用于聲速測量試驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器，只輸出36KHz?38KHz頻率范圍內(nèi)的正弦波，頻率調(diào)節(jié)方便且精度較高。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案如下:
[0006]一種專用于聲速測量試驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器，包括電源模塊、編碼器輸入模塊、單片機(jī)控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、DDS正弦波生成模塊、低通濾波模塊和運(yùn)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(zhuǎn)編碼器和轉(zhuǎn)向識(shí)別電路，旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端分別與單片機(jī)控制模塊和轉(zhuǎn)向識(shí)別電路的輸入端相連接，轉(zhuǎn)向識(shí)別電路的輸出端與單片機(jī)控制模塊的輸入端相連接；所述單片機(jī)控制模塊的輸出端分別與存儲(chǔ)模塊、顯示模塊和DDS正弦波生成模塊的相應(yīng)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(yùn)算放大模塊的輸入端相連接；用戶左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器的旋鈕及連續(xù)按下旋轉(zhuǎn)編碼器的按鈕開關(guān)，旋轉(zhuǎn)編碼器將旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)值發(fā)送至轉(zhuǎn)向識(shí)別電路，轉(zhuǎn)向識(shí)別電路判別用戶是左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)旋鈕并將判別信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)控制模塊，同時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器將旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)值及按鈕開關(guān)連續(xù)按下的次數(shù)發(fā)送至單片機(jī)控制模塊；單片機(jī)控制模塊根據(jù)按鈕開關(guān)連續(xù)按下的次數(shù)選定相應(yīng)的步進(jìn)值，并結(jié)合旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)值及判別信號(hào)，生成36KHz?38KHz范圍內(nèi)的頻率值，單片機(jī)控制模塊一方面將該頻率值和步進(jìn)值發(fā)送至顯示模塊進(jìn)行顯示，一方面將該頻率值發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，另一方面將該頻率值發(fā)送至DDS正弦波生成模塊，由DDS正弦波生成模塊產(chǎn)生頻率等于該頻率值的正弦波并將該正弦波發(fā)送至低通濾波模塊進(jìn)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(fā)送至運(yùn)算放大模塊進(jìn)行信號(hào)放大，最后輸出幅度經(jīng)過調(diào)理且頻率為36KHz?38KHz的正弦波信號(hào)。
[0007]其中，所述電源模塊包括變壓器、整流橋以及三個(gè)穩(wěn)壓芯片7812、7912和7805，實(shí)現(xiàn)交流220V至直流+12V、-12V和+5V的轉(zhuǎn)換。
[0008]其中，所述單片機(jī)控制模塊包括單片機(jī)STC89c52。
[0009]其中，所述顯示模塊包括GXM 1602NSL液晶屏；單片機(jī)STC89c52的39-32腳分別接GXM 1602NSL液晶屏的7-14腳；單片機(jī)STC89c52的26-29腳分別接GXM 1602NSL液晶屏的4-6腳。
[0010]其中，所述轉(zhuǎn)向識(shí)別電路為與非門電路74HC00 ;旋轉(zhuǎn)編碼器的5腳接入到單片機(jī)STC89c52的23腳，旋轉(zhuǎn)編碼器的I腳同時(shí)接入到與非門電路74HC00的I腳和單片機(jī)STC89c52的21腳，旋轉(zhuǎn)編碼器的3腳同時(shí)接入到與非門電路74HC00的2腳和單片機(jī)STC89c52的22腳；與非門電路74HC00的11腳接入到單片機(jī)STC89c52的12腳；旋轉(zhuǎn)編碼器的旋鈕右轉(zhuǎn)時(shí)頻率增加，左轉(zhuǎn)時(shí)頻率下降，并且左右旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍為36KHz?38KHz ;連續(xù)按下旋轉(zhuǎn)編碼器的按鈕開關(guān)一至三次對(duì)應(yīng)的步進(jìn)值分別為1Ηζ、10Ηζ和100Hz。
[0011]其中，所述存儲(chǔ)模塊包括EEPROM芯片24c08 ;單片機(jī)STC89c52的25、24腳分別接芯片24c08的5、6腳。
[0012]其中，所述DDS正弦波生成模塊包括AD9850芯片；單片機(jī)STC89c52的1_4腳分別接 AD9850 芯片的 8、12、7、25 腳。
[0013]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(yùn)算放大模塊包括運(yùn)放芯片NE5532、電阻Rl、R3和電位器R2 ;運(yùn)放芯片NE5532的I腳為36KHz?38KHz的正弦波信號(hào)的輸出端；電感LI與電容C2并聯(lián)組成第一諧振電路，電感L2與電容C4并聯(lián)組成第二諧振電路，電感L3與電容C6并聯(lián)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(lián)后接在AD9850芯片的21腳與運(yùn)放芯片NE5532的3腳之間；電阻C4和電容Cl并聯(lián)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(jié)點(diǎn)與地之間，電容C5接在第二諧振電路與第三諧振電路的節(jié)點(diǎn)與地之間，電容C7與電阻R5并聯(lián)后接在第三諧振電路與電阻R3的節(jié)點(diǎn)與地之間；電阻Rl和電位器R2串聯(lián)后接在運(yùn)放芯片NE5532的I腳與地之間，電位器R2的動(dòng)臂接運(yùn)放芯片NE5532的I腳，運(yùn)放芯片NE5532的2腳接電阻Rl與電位器R2的節(jié)點(diǎn)。
[0014]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0015]本實(shí)用新型專用于聲速測量實(shí)驗(yàn)，只產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的36KHz?38KHz范圍內(nèi)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(fèi)，同時(shí)頻率調(diào)節(jié)容易且精度高、誤差小。
[0016](I)本實(shí)用新型利用旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生所需要頻率的頻值，輕松的實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，不僅避免了機(jī)械方式誤差大、操作難、壽命短的缺點(diǎn)，而且提高了精度與選頻速度。把頻率限定在36KHz?38KHz范圍內(nèi)，并設(shè)置3個(gè)檔位，且編碼器順時(shí)針(向右)旋轉(zhuǎn)時(shí)頻率增加，逆時(shí)針(向左)旋轉(zhuǎn)時(shí)頻率降低。在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率值，方便了操作和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。(2)本實(shí)用新型專器專用，利用AD9850芯片只輸出正弦波，降低了功耗，節(jié)約成本，優(yōu)選了電子器件，使誤差縮小到0.4Hz以內(nèi)。(3)現(xiàn)有信號(hào)發(fā)生器售價(jià)在800?1200之間，本實(shí)用新型優(yōu)選電子器件，很好的降低了成本，本實(shí)用新型的成本可以降低到150以下，具有可觀的性價(jià)比，并且信號(hào)輸出精確度較高。(4)本實(shí)用新型在精簡功耗的基礎(chǔ)上，大量減少電子器件的使用，并且在不增加成本及不產(chǎn)生不良影響的前提下多使用貼片式器件，在不產(chǎn)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(dòng)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型第一部分的連接示意圖；
[0019]圖3為本實(shí)用新型第二部分的連接示意圖；
[0020]圖4為本實(shí)用新型第三部分的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種專用于聲速測量試驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器，包括電源模塊、編碼器輸入模塊、單片機(jī)控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、DDS正弦波生成模塊、低通濾波模塊和運(yùn)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(zhuǎn)編碼器和轉(zhuǎn)向識(shí)別電路，旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出端分別與單片機(jī)控制模塊和轉(zhuǎn)向識(shí)別電路的輸入端相連接，轉(zhuǎn)向識(shí)別電路的輸出端與單片機(jī)控制模塊的輸入端相連接；所述單片機(jī)控制模塊的輸出端分別與存儲(chǔ)模塊、顯示模塊和DDS正弦波生成模塊的相應(yīng)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(yùn)算放大模塊的輸入端相連接。用戶左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編碼器的旋鈕及連續(xù)按下旋轉(zhuǎn)編碼器的按鈕開關(guān)，旋轉(zhuǎn)編碼器將旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)值發(fā)送至轉(zhuǎn)向識(shí)別電路，轉(zhuǎn)向識(shí)別電路判別用戶是左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)旋鈕并將判別信號(hào)發(fā)送至單片機(jī)控制模塊，同時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器將旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)值及按鈕開關(guān)連續(xù)按下的次數(shù)發(fā)送至單片機(jī)控制模塊；單片機(jī)控制模塊根據(jù)開關(guān)連續(xù)按下的次數(shù)選定相應(yīng)的步進(jìn)值，并結(jié)合旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)值及判別信號(hào)，生成36KHz?38KHz范圍內(nèi)的頻率值，單片機(jī)控制模塊一方面將該頻率值和步進(jìn)值發(fā)送至顯示模塊進(jìn)行顯示，一方面將該頻率值發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，另一方面將該頻率值發(fā)送至DDS正弦波生成模塊，由DDS正弦波生成模塊產(chǎn)生頻率等于該頻率值的正弦波并將該正弦波發(fā)送至低通濾波模塊進(jìn)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(fā)送至運(yùn)算放大模塊進(jìn)行信號(hào)放大，最后輸出幅度經(jīng)過調(diào)理且頻率為36KHz?38KHz的正弦波信號(hào)。
[0022]如圖2所示，電源模塊包括變壓器、整流橋以及三個(gè)穩(wěn)壓芯片7812、7912和7805，實(shí)現(xiàn)交流220V至直流+12V、-12V和+5V的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)STC89c52、GXM 1602NSL液晶屏、AD9850芯片等需要+5V的直流電壓，運(yùn)放芯片NE5532需要+12