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瑞博娱乐基于51单片机的超低频信号发生器设计

  低频以及超低频信号在医学、电化学研究和实验教学中都有广泛的应用,瑞博娱乐尤其在电化学领域里,超低频已成为电化学仪器必不可少的组成部分。电化学仪器配以方波、三角波和正弦波发生器,可以研究电化学系统各种暂态行为;配以慢的线性扫描信号或阶梯波信号,可以自动进行稳态(或接近稳态)极化曲线测量。然而市面上适用于电化学领域的无法满足专业需求,且购买成本太高。现介绍一种用单片机控制的信号发生器,可输出方波、三角波及正弦波。产生的波形信号频率范围是0.125 mHz(毫赫兹)~80 Hz,输出的模拟信号电压范围是-10~+10 V,输出信号的幅值和频率具有一定的调节范围。该信号发生器与传统的信号发生器相比,有如下的特点:该信号发生器可以满足电化学领域对于信号发生器的要求,最低频率可达到0.125 mHz,在国内达到先进水平,且该信号发生器在超低频时精度高,失真度小,性能稳定,电路结构简单,体积小。

  超低频信号发生器的输入参数有扫描方式、上下限电平、波形频率。其中,扫描方式有单次、往返、连续三种选择;上下限电平在-10~+10 V之间,且上限电平大于下限电平;波形频率范围为0.125 mHz~80 Hz。输出波形有三种:方波、三角波、正弦波。当信号发生器上电后,先进行复位清零,然后进行系统初始化,用户通过将键盘设置扫描频率、上下限电平及扫描方式等参数输入单片机,并通过LCD进行显示。按照一定的算法准确调节各个功能模块,断开积分电路模块中控制仪器工作的模拟开关,使信号发生器开始工作,从而输出所需信号波形。

  该信号发生器可以产生频率、峰谷值可调的、连续的方波、三角波和正弦波。下面详细介绍三种波形的产生原理。

  由于该信号发生器的最低频率可达到0.125 mHz,传统的正弦波产生电路已经无法满足要求。该仪器使用16位的数/模转换器DAC8532产生正弦波。与RC桥式正弦波振荡电路和LC正弦波振荡电路相比,该方法简单、可靠,且稳定度高。

  传统的方波产生电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成,RC回路既作为延迟环节,又作为反馈网络,通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。但是产生的方波无法满足超低频的要求,而且波形的幅值和频率调节困难。该系统的方波产生电路是通过CMOS模拟开关的不断转换来产生的该电路使用ADG201A作为模拟开关,当开关断开时电路输出高电平;当开关闭合时,电路输出低电平。方波的幅值由输入电压决

  定,而周期则由模拟开关转换的频率来决定。电路简单,能满足超低频的要求,而且该电路产生的方波是连续的模拟波形,且幅值和频率调节方便。

  该信号发生器的三角波是用积分电路产生的,与传统的三角波产生电路不同,该三角波的产生过程是一个闭环控制系统,如图1所示。方波发生电路是控制积分电路的积分方向。积分电路的输出与用户输入的上下限电平送入比较器进行比较,将比较结果送入RS触发器。当积分电路的输出高于用户输入的上限电平(或者低于下限电平)时,RS触发器控制方波发生电路使其输出电压反向,继续将积分电路的输出和用户输入的上下限电平送入比较器比较,周而复始,从而输出所需信号的波形。


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