【毕业设计】高精度正弦全自动激励信号源的设计与实现

首先在控制面板上给出激励信号所需的幅值，然后将此值利用码序列进行编码，所谓码是指码制相应位的权值分别为，即相应位为时所代表的十进制值分别是。

具体的编码规则如表所示。

对激励所需幅值编码后，将所得二进制编码按由低到高的顺序输入移位寄存器，该编码由寄存器并行输出给电子开关的控制端，控制开关的开闭，从而控制加法器的输出结果，获得所需幅值的正弦激励信号。

为了更详细地介绍此流程的实现过程，下面举例进行说明。

砝码十进制数对应于激励实际需要的数值输出编码转换后输出给电子开关，对输出进行控制。

为了获得激励信号所需要的幅值，本单元使用的模块的口的位控功能对电子开关进行控制。

首先在控制面板上给出激励信号所需的幅值，然后将此值利用码序列进行编码，所谓码是指码制相应位的权值分别为，即相应位为时所代表的十进制值分别是。

具体的编码规则如表所示。

对激励所需幅值编码后，将所得二进制编码按由低到高的顺序输入移位寄存器，该编码由寄存器并行输出给电子开关的控制端，控制开关的开闭，从而控制加法器的输出结果，获得所需幅值的正弦激励信号。

第章高精度正弦全自动激励信号元件的补偿模拟量的输出对元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。

元件的模拟量输出有正向区应用和反向应用两种方式。

温度补偿原理和补偿方法温度补偿时应以标准温度为温度补偿的工作基准，其中令标准温度工作温度标准温度时的静态工作点工作温度时的静态工作点温度补偿后的静态工作点标准温度时的输出电压工作温度时的输出电压在标准温度时，由电源电压负载电阻决定的负载线与时的区伏安特性或反向特性相交，确定静态工作点，输出电压为。

当环境温度从升高到时，静态工作点沿负载线移动到，相应使输出电压由增加到，且，产生输出漂移，。

若采用补偿措施在环境温度时使工作点由移动到，使输出电压恢复为，则可抑制输出漂移，使，达到全补偿。

利用热敏电阻基于温度补偿原理，利用热敏电阻取代负载电阻。

标准温度时负载电阻为，当温度升高到工作温度时，使其阻值为，可使静态工作点由推移到，由于，故应选热敏电阻。

当温度漂移量已知时，只要确定标准温度时的值及合适的温度系数即值，使得在工作温度时的阻值为，即可达到全补偿。

改变电源电压基于温度补偿原理，其中负载电阻值不变，当温度由升到时，产生输出漂移，为使，可使相应增大到，若电源电压的调整量为，且，要满足的补偿条件，可达到全补偿。

其中，为比例系数，负号表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数与负载线斜率有关，可通过计算或实验求取，且为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型热敏电阻热敏电阻或温敏元件来改变电源电压，达到补偿的目的采用缓变型热敏电阻采用缓变型热敏电阻的补偿电路如图所示。

图热敏电阻的补偿电路图在图中，元件与负载电阻构成工作电路，工作电路的直流电源电压由集成稳压电源电路供电，为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻的电路的输出电压为按温度补偿要求，当温度增加时，电源电压应该增加，应该增加，故应选缓变型热敏电阻。

用于设定电压的初始值，合理选择热敏电阻的初始值及其温度系数，使之满足的补偿条件即可达到补偿的目的。

采用热敏电阻因缓变型热敏电阻市售较少，而且补偿过程中温度系数也难于匹配，多数情况应采用热敏电阻。

若采用热敏电阻进行补偿时，也可采用图所示电路，但要把与互换位置。

当采用型热敏电阻时，为了便于热敏电阻的补偿匹配，可利用运算放大器。

为热敏电阻，为由单电源供电的反相输入运放构成的比例放大器，通过该运放的反相作用，使的输出电压适合工作元件工作电压的补偿极性要求。

例如，温度升高时，下降，增加反之温度降低时，增加，减少。

该补偿电路的另优点是，可通过运放比例系数的附加调整便于热敏的补偿匹配。

差动补偿并联差动补偿运放的第级几乎没有例外均采用差动电路，并利用差动电路的对称性和元器件特性的致性来补偿温度漂移。

元件也可采用这种方法。

其中为工作元件，为补偿元件，与为相应的负载电阻。

补偿原理对差动对称电路，当左右两侧工作元件与补偿元件的静态伏安特性与动态温度系数完全致，以及电阻与阻值及其温度系数也完全致时，采用浮动输出，因始终保持，当环境温度改变时，也不会产生温漂，而工作元件有其它外部激励作用如光磁力等时，则可产生有效输出。

理论上，若左右元器件完全对称，在标准温度时，浮动输出，当温度升高到工作温度时，因左右两支路电流同步增加，仍然成立。

实原则是在外部激励作用下，必须能够满足状态转换条，而产生有效跳变而当环境温度变化时，则不应满足转换条件，不致产生跳变误差。

前者通过合理地选择静态工作点来达到，后者则应采用温度补偿技术加以保证。

温度补偿原理上面已经分析过，因为元件的对温度有定的灵敏度，所以元件的开关量光磁和力敏输出会产生超前跳变和滞后跳变误差。

使用者在设计电路时，是依据有效激励光磁和力等的大小来确定静态工作点，这时元件两端的电压为，并具有下述关系当升高时，因减小，就减小。

当减小到时，即时，就产生了超前跳变误差同理，当下降时，因增大，就增大，以至于大到有效激励作用时，也不产生跳变，这就产生了滞后跳变误差。

当我们选定负载电阻值和电源电压后，静态工作点就确定了。

因此，元件开关电路设计的着眼点应在于的取值。

既要保证元件在有效激励时，能产生有效跳变而通过温度补偿又能保证的初始设计值不随温度变化，即可消除超前跳变误差和滞后跳变误差。

温度补偿方法负载电阻的确定开关量输出的输出低电平不是直线，其变化规律以及跳变幅值与区特性和静态工作点的设置有关，这是元件开关量输出的特有问题。

为保证应用中有足够大的跳变幅值，输出低电平不致太高，必须合适的设置静态工作点，因而当电源电压定时，合理的选择负载电阻的值十分重要。

元件在没有输出开关信号，即工作在区时，其功耗是很小的，只有工作在区时，其功耗才增大。

从图可知，开关信号的低电平不是常数，因，当温度升高时，增大使增大，而且负载电阻越大，低电平增大值也越大，因此，为了降低，要求越小越好。

由于受元件功耗的限制，不能无限制的减小，为了元件安全工作和降低电源的耗电，可选择元件的工作功耗为额定功耗的，即，。

通过下述计算即可求出合适的负载电阻值按照产品标准的规定取，因为很小，忽略不计，所以，所以电源电压的确定因为很小，只有，所以将其忽略不计，常温下电源电压为考虑到电源电压调变时，可能存在误差，初始设计的值不能过小，其最小值建议为为阈值点的温度灵敏度。

所以同步改变电源电压当温度上升到时，阈值点将左移至点，若通过补偿能自动将电源电压由调整到，使工作点从左移至，并使式成立，即可保持不变，此时当温度下降到时，点将右移至点，若将电源电压由自动调整到，并使式成立，仍可保持不变，此时即可消除跳变误差，达到补偿。

在时，电源电压为在时，电源电压为在工作温度范围间电源电压的调变量为从式可以看出，该开关量输出电路的电源，应该是具有负温度系数的直流电源，只需把换成电阻，或用电源。

脉冲频率输出的温度补偿应用电路元件的脉冲频率输出有不同的电路组态。

当电源电压恒定时，在光磁或力等外部激励作用下，输出端可输出与外部激励成比例的脉冲频率信号，称为有效输出，波形为锯齿波。

作为半导体敏感元件，由于环境温度对有效输出也具有定灵敏度，这将严重影响有效输出的检测精度，当环境温度变化较大或检测精度要求较高时，必须通过温度补偿对温漂加以抑制。

温度补偿原理元件的输出频率与工作电压有关，与电路结构以及参数有关，也与使用环境温度有关。

当电路结构以及参数定时，输出频率仅与工作电压和工作温度有关。

为研究温度补偿原理，确定合适的补偿方法，特列出三者的隐函数关系，如果把元件构成的频率输出电路看成是个线性系统或者可进行线性化处理时，可利用叠加原理对该隐函数求其偏微分当电源电压改变，并恰好克服由温度变化对输出频率的影响时，输出频率将保持不变，即，则若设为温度灵敏度，为电压灵敏度，进而得为进步定量地确定电压和温度之间的补偿关系，可定义温度补偿系数为补偿系数的物理意义是，工作电压每改变时，能补偿温度变化多少度所引起的输出频率的温漂。

显然，越大，或越小，使补偿系数越大，越便于进行温度补偿。

其中，负号表示为实现温度补偿，电压的改变方向应与温度变化的方向相反。

补偿系数确定后，可按补偿系数要求设计补偿电路，实现温度补偿。

正弦激励信号例子例如需要个的正弦激励信号，按照软件框图获得此激励信号的方法如下。

在开始编程之前，首先进行端口分配，模块口的地址为，设为的控制口，为的控制口，为的控制口。

程序首先要将移位寄存器复位，即对口的位进行操作，如下所述使口输出使口输出输入幅值为，即则，四舍五入得除以取余得，所以整除得到，除以取余得到，所以整除得到，所以。

将按照码序列进行编码，编码规则见表，根据表的规则转换后，得将的数值赋予即将左移位后，变成，赋予即将左移位后，变成，赋予即将上面得到的位二进制数的每位依次赋与数组。

然后分次将数组中的数据作为控制信号输入到寄存器中，得到相应的控制权值，用来控制输出正弦激励信号幅值的大小。

为的控制口，为的控制口，具体实现过程如下当输出数据时脉冲信号为低电平。

位操作置。

脉冲信号为高电平。

当输出数据时脉冲信号为低电平。

位操作置脉冲信号为高电平。

第章结论本单元利用常规电路实现了固定频率的正弦信号的给定功能。

它能得到从到之间任意幅值的正弦信号，对所需激励信号的频率及幅值的要求，精度能达到，且正弦信号的失真度也不超过。

在许多工程测量中，都需要种固定频率的正弦信号作为激励源，如利用模拟传感器的输出情况对所研制的监测系统检测单元进行功能的验证或者进行采集量程的标定工作等。

在这些情况下，直接采用个性能优越的信号发生器固然可以满足工作要求，但是这又带来了新的问题，方面信号发生器是外配仪器，增加了系统的成本，另方面也不便于自动化测量。

利用转换器加高阶滤波器的方式也可实现以上功能要求，但是在操作平台下，对软件技术提出了更高的要求。

本文在科研项目的研究工作中恰好遇到了这样个问题，在信号的检测与标定工作中需要个峰值从到可调的失真小于的高精度正弦激励信号。

不同品种的元件均能以简单的电路，分别对温