本实用新型涉及信号处理技术领域，具体涉及一种小型化双速信号发生器。
背景技术：
轴角转换技术被广泛应用于火炮、雷达、天线等系统，在很多轴角测试控制过程中，从事轴角信号处理的单位常常因为没有相应的轴角信号源，无法正常进行相应的测试和控制，给工作带来不便，同时在一些实验环境下，需要运动方式多样化和精度较高的轴角信号作为实验检测标准，以便仿真、还原系统的工作状态和方便轴角转换技术的开发。
目前，主要有两类相关信号发生装置，一类是轴角信号源标准装置，其单通道精度较高，不具备组合通道等双速应用，且信号源产生方式单一，没有多种动态方式，价格昂贵，维修和维护周期较长；另一类是相关测试设备，精度较低，操作繁琐，信号源单一，且由于体积问题不便于携带。基于数字-自整角机的信号发生器一般多用于控制和指示类的角度传输、变换和接收领域，而在测量类的应用背景下，需要提供一种基于旋转变压器的信号发生器。
技术实现要素：
本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种小型化双速信号发生器，其体积小、携带方便，采用粗精组合方式，可适应各种速比情况下的单、双速组合，适用性强。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种小型化双速信号发生器，包括外壳以及设置在所述外壳内的电源板、信号处理板，所述电源板分别与外部电源及所述信号处理板电性连接；
所述电源板上设有直流隔离电源模块以及交流隔离电源模块，所述直流电源模块为所述信号处理板提供工作电源，所述交流隔离电源模块为所述信号处理板提供激磁参考电源；
所述信号处理板上集成有通信连接的微处理器、fpga、粗通道数字-旋转变压器、精通道数字-旋转变压器，所述微处理器用于为所述fpga提供控制信号，所述fpga为所述粗通道数字-旋转变压器及所述精通道数字-旋转变压器分别提供数字信号源以及为所述微处理器提供前馈数字信号；
所述外壳上还设有外设接口，所述外设接口与所述信号处理板通信连接，所述外设接口用于接收控制信号以及输出轴角信号。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述外壳上还固定设置有触摸显示屏，所述触摸显示屏分别与所述直流隔离电源模块以及所述微处理器电性连接。
进一步，所述外壳内还设有激磁输出变压器，所述激磁输出变压器的初级连接所述交流隔离电源模块，所述激磁输出变压器的次级分别连接所述粗通道数字-旋转变压器及所述精通道数字-旋转变压器。
进一步，所述粗通道数字-旋转变压器及所述精通道数字-旋转变压器分别包括参考变压器、正弦乘法器、余弦乘法器、象限选择开关、功率放大器、scott变压器，所述参考变压器的初级与所述激磁输出变压器的次级连接，所述参考变压器的次级分别与所述正弦乘法器、所述余弦乘法器的参考电压端连接，所述正弦乘法器、所述余弦乘法器的输出端分别与所述象限选择开关连接，所述粗通道数字-旋转变压器及所述精通道数字-旋转变压器的数字角度信号输入端分别与所述fpga通信连接，所述象限选择开关的输出端连接所述scott变压器的初级，所述scott变压器的次级输出所述粗通道数字-旋转变压器或所述精通道数字-旋转变压器的轴角信号。
进一步，所述外设接口包括激磁信号输出端子、轴角信号输出端子，所述激磁信号输出端子与所述激磁输出变压器的次级电性连接，所述轴角信号输出端子与所述粗通道数字-旋转变压器和/或所述精通道数字-旋转变压器信号连接。
进一步，所述轴角信号输出端子包括四组粗通道端子以及四组精通道端子，四组所述粗通道端子分别与所述粗通道数字-旋转变压器的信号输出端连接，四组所述精通道端子分别与所述精通道数字-旋转变压器的信号输出端连接。
进一步，所述轴角信号输出端子包括四组粗通道端子以及四组精通道端子，四组所述粗通道端子分别与所述粗通道数字-旋转变压器的信号输出端连接，四组所述精通道端子分别与所述精通道数字-旋转变压器的信号输出端连接。
进一步，所述外壳上还设有电源输入接口与电源开关，所述电源输入接口、所述电源开关、所述电源板依次串联，所述电源开关为全极断开开关。
进一步，所述外壳内还安装有输入电源滤波器，所述输入电源滤波器设置在所述电源输入接口与所述电源开关之间。
进一步，所述外壳内还固定设有散热风扇，所述散热风扇与所述直流隔离电源模块电性连接，所述外壳上还设有散热口，所述散热口与所述散热风扇的出风口对应。
进一步，所述外设端口包括串口和/或网口。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的小型化双速信号发生器，其体积小、携带方便，采用粗精组合方式，可适应各种单、双速组合情况，适用性强。
附图说明
图1为本实用新型外部结构示意图；
图2为本实用新型取掉顶板时的内部结构图；
图3为本实用新型信号处理板的底部示意图；
图4为本实用新型取掉信号处理板后的内部结构图；
图5为本实用新型微处理器电路接线图；
图6为本实用新型系统结构图；
图7为本实用新型数据流程图；
图8为本实用新型数字-旋转变压器结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、外壳，101、激磁信号输出端子，102、轴角信号输出端子，2、电源板，201、直流隔离电源模块，202、交流隔离电源模块，203、激磁输出变压器，204、输入电源滤波器，3、信号处理板，301、微处理器，302、fpga，303、粗通道数字-旋转变压器，304、精通道数字-旋转变压器，4、触摸显示屏，5、串口，6、电源输入接口，7、电源开关，8、散热风扇。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1～4所示的一种小型化双速信号发生器，包括外壳1以及设置在所述外壳1内的电源板2、信号处理板3。外壳1为六面体结构，包括顶板、底板、左右侧板、前面板以及后面板。所述电源板2平行外壳1的底面并与外壳1的底板固定安装，所述电源板2分别与外部电源及所述信号处理板3电性连接；所述电源板2上设有直流隔离电源模块201以及交流隔离电源模块202，为利于电源板2的散热，直流隔离电源模块201以及交流隔离电源模块202设置在电源板2上面向顶板的一面；所述直流电源模块将输入的交流电源转换为多路直流电源输出，为包括所述信号处理板3在内的机体内各部件提供工作电源；所述交流隔离电源模块202将直流隔离电源模块201输出的直流电源进行再次转换为固定频率的交流电源，所述交流隔离电源模块202的输出端为所述信号处理板3提供激磁参考电源；所述信号处理板3固定安装在外壳1的顶板上，所述信号处理板3上集成有通信连接的微处理器301、fpga302、粗通道数字-旋转变压器303、精通道数字-旋转变压器304，具体的，微处理器301与fpga302通信连接，fpga302分别与粗通道数字-旋转变压器303、精通道数字-旋转变压器304的数字角度信号输入端信号连接，粗通道数字-旋转变压器303、精通道数字-旋转变压器304的的轴角信号输出端输出轴角模拟信号。信号处理板3的热量主要产生于粗通道数字-旋转变压器303、精通道数字-旋转变压器304，为利于信号处理板3的散热，微处理器301、fpga302设置在信号处理板3上面向外壳1的顶板的一面，粗通道数字-旋转变压器303、精通道数字-旋转变压器304设置在信号处理板3上背向外壳1的顶板的一面。
所述微处理器301用于为所述fpga302提供控制信号，并将所述fpga302反馈回的信息进行存储与输出；所述fpga302将微处理器301提供的控制信号转换成数字角度信号，为所述粗通道数字-旋转变压器303及所述精通道数字-旋转变压器304分别提供数字信号源(即数字角度信号)以及为所述微处理器301提供前馈数字信号；所述外壳1上还设有外设接口，所述外设接口包括串口5，所述外设接口与所述信号处理板3通信连接，所述外设接口用于接收控制信号以及输出轴角信号。
如图5所示，微处理器301采用c8051f120型单片机来实现，它具有100m的内核速度及8组io口能很好的满足整机的数据处理和控制要求。
本实施例中，所述外壳1上还固定设置有触摸显示屏4，所述触摸显示屏4分别与所述直流隔离电源模块201以及所述微处理器301电性连接。所述直流隔离电源模块201为触摸显示屏4提供工作电源，用户可通过触摸显示屏4的界面输入参数以及控制指令，触摸显示屏4可实时显示并控制整机状态。人性化的界面将简洁直观地显示各种运动状态下的实时角度信号以及各参数指标，方便的键入方式能根据要求控制整机运作。触摸式液晶屏采用彩色tft液晶屏，集成32位arm处理器+fpga双核控制架构，加强图像处理功能。1gbitflash存储容量，可储存一百多张16bit真彩色图片。
本实施例的微处理器301自带有串行控制器，如图5中f120_tx0和f120_rx0引脚，通过串口与触摸显示屏4进行通讯和数据交互，将界面键入参数及控制指令接收并解析，通过并行总线发送给fpga302控制数字-旋转变压器转换器生成相应的运动模拟信号。串口5采用115200bps波特率，每个界面采用固定参数及状态指令。
本实施例的微处理器301单片机通过并行总线与fpga302进行互联，分为4组io，每组8bit，如图5中db00-db07；db10-db17；db20-db27；db30-db37；采用自定义协议指令。
微处理器301单片机通过2组并行io，例如图5中df00-df16,对fpga302控制数字-旋转变压器转换器输出精通道的数字角度信号数据进行监控，同时使用另一组io口对fpga302控制数字-旋转变压器转换器输出粗通道的数字角度信号数据进行监控，并实时上传各通道监控数据，形成数据发送和监控回路，有效检测发送数据是否正常。
微处理器301单片机带有一片norflash存储器，如图5中m25p16，通过spi接口进行数据交互，如图中spi_cs、spi_mosi、spi_miso、spi_nss引脚，可将界面键入的通用参数存储，保证掉电保存，实现较好的人机交互界面功能。
如图6～图7所示，fpga302根据微处理器301的控制信号产生相应的数字角度信号源及前馈数字信号，其采用xc3s500e-4pq208i来实现。前馈数字信号是跟随数字角度信号源输出的，通过信号处理板3上的数模转换器转换为模拟电压信号，可供仪表使用和状态检测。通过触摸显示屏4的界面输入的各种运动参数，fpga302处理单元进行数字角度信号源算法处理，可实现多种运动方式，如阶跃、方波、步进、正弦、等速等，此算法采用本技术领域内的现有技术；经由现有的粗精组合算法，将数字信号源分解为粗通道数据和精通道数据，分别发送给粗通道数字-旋转变压器303和精通道数字-旋转变压器304，从而生成不同组合速比、不同运动状态的轴角信号。
数字-旋转变压器又称为drc模块，其是将信号源产生的数字角度信号转换为旋转变压器的四线模拟轴角信号并输出。
如图4所示，本实施例中，所述外壳1内还固定设置有激磁输出变压器203，激磁输出变压器203紧邻电源板2并安装在外壳1的底部，所述激磁输出变压器203的初级连接所述交流隔离电源模块202，所述激磁输出变压器203的次级分别连接所述粗通道数字-旋转变压器303及所述精通道数字-旋转变压器304，用于为粗通道数字-旋转变压器303及精通道数字-旋转变压器304分别提供激磁参考电源。
本实施例中，所述粗通道数字-旋转变压器303及所述精通道数字-旋转变压器304的内部结构完全相同，区别在于接收的数字角度信号精度不同，根据实际使用需求，其中精通道数字-旋转变压器304的精度为16位，粗通道数字-旋转变压器303的精度可为14位、12位或10位。数字-旋转变压器为模块封装式结构，采用现有技术的数字-旋转变压器，市面可采购。为进一步理解，现结合图8对数字-旋转变压器的结构进行说明，图8以16位精度的精通道数字-旋转变压器结构进行举例。所述粗通道数字-旋转变压器303及所述精通道数字-旋转变压器304分别包括参考变压器、正弦乘法器、余弦乘法器、象限选择开关、功率放大器、scott变压器，所述参考变压器的初级与所述激磁输出变压器203的次级连接，所述参考变压器的次级分别与所述正弦乘法器、所述余弦乘法器的参考电压端连接，所述正弦乘法器、所述余弦乘法器的输出端分别与所述象限选择开关连接，所述粗通道数字-旋转变压器303及所述精通道数字-旋转变压器304的数字角度信号输入端分别与所述fpga302通信连接，所述象限选择开关的输出端连接所述scott变压器的初级，所述scott变压器的次级输出四线的所述粗通道数字-旋转变压器303或所述精通道数字-旋转变压器304的轴角模拟信号，如图8所示的输出端s1、s2、s3、s4。
参考变压器起隔离和变压的作用，它把参考电源提供的参考信号进行隔离、变压成一定有效值的参考信号。正弦乘法器与余弦乘法器是d/a转换芯片，其以参考变压器输出的参考信号为基准，在粗、精数字角度信号的控制位的控制下(例如图8所示的第3～16位)，正弦乘法器输出+sinθ、-sinθ信号，余弦乘法器输出+cosθ、-cosθ信号。正弦乘法器和余弦乘法器输出+sinθ、-sinθ、+cosθ、-cosθ给象限选择开关，象限选择开关的数字控制脚为粗、精数字角度信号的第1～2位，其把360°分为了四个象限区间，象限选择开关输出含角度的sinθ、cosθ信号给功率放大器，经过功率放大器进行放大后，输出给scott变压器，scott变压器将放大的信号进行解算、隔离和变压，然后输出四线的模拟角度信号。
本实施例中，如图1所示，所述外设接口还包括激磁信号输出端子101、轴角信号输出端子102，激磁信号输出端子101安装在外壳1的前面板上，其包括如图1所示的端子rh与端子rl，所述激磁信号输出端子101与所述激磁输出变压器203的次级电性连接；轴角信号输出端子102也安装在外壳1的前面板上，其包括如图1所示的粗通道端子cs1、cs2、cs3、cs4以及精通道端子fs1、fs2、fs3、fs4，所述轴角信号输出端子102分别与所述粗通道数字-旋转变压器303和/或所述精通道数字-旋转变压器304信号连接，具体的，粗通道端子cs1、cs2、cs3、cs4对应连接粗通道数字-旋转变压器303的输出端s1、s2、s3、s4，精通道端子fs1、fs2、fs3、fs4对应连接精通道数字-旋转变压器304的输出端s1、s2、s3、s4。
如图4所示，所述外壳1上还设有电源输入接口6与电源开关7，为接线方便以及减少电缆长度，电源输入接口6设置在外壳1的后面板上；为方便操作，电源开关7设置在外壳1的前面板上靠近触摸显示屏4的位置，且电源开关7采用带灯开关，以指示本机的电源连接状态；所述电源输入接口6、所述电源开关7、所述电源板2依次串联，为保障整机的安全性，所述电源开关7最好是采用为全极断开开关。
如图4所示，所述外壳1内还安装有输入电源滤波器204，用于为输入的外部电源滤波。为节省空间以及便于机体内部接线，所述输入电源滤波器204固定安装在外壳1上靠近电源输入接口6以及电源开关7的侧板上，所述输入电源滤波器204设置在所述电源输入接口6与所述电源开关7之间。
如图4所示，所述外壳1内还固定设有散热风扇8，所述散热风扇8与所述直流隔离电源模块201的输出端电性连接，所述外壳1上还设有散热口，所述散热口与所述散热风扇8的出风口对应。为加强散热效果，散热风扇8以及散热口设置在后面板上，且位于信号处理板3与电源板2之间，能够有效为信号处理板3与电源板2散热。
进一步，所述外设端口包括串口5和/或网口。串口5和/或网口用于与外接的计算机进行数据交互，可接受计算机提供的控制指令，也可通过计算机对本机进行参数设置。
工作流程：
用户将机体的串口5连接计算机，将电源输入接口6连接好外部电源，然后启动电源开关7。电源板2上的直流隔离电源模块201为机体内的各个组成部分提供工作电源，交流隔离电源模块202通过激磁输出变压器203分别为粗通道数字-旋转变压器303及精通道数字-旋转变压器304提供激磁参考电压。用户通过触摸显示屏4或者计算机对机体的参数进行设定，并输入控制指令，微处理器301将控制指令转换为控制信号提供给fpga302，并将fpga302反馈回的信息进行存储与输出；fpga302将微处理器301提供的控制信号转换成数字角度信号，为粗通道数字-旋转变压器303及精通道数字-旋转变压器304分别提供数字信号源(即数字角度信号)以及为所述微处理器301提供前馈数字信号；粗通道数字-旋转变压器303及精通道数字-旋转变压器304分别将数字角度信号转换为旋转变压器的四线模拟轴角信号并输出为粗通道轴角模拟信号以及精通道轴角模拟信号；串口5与信号处理板3通信连接，用于接收控制信号以及输出轴角信号，外壳1上的激磁信号输出端子101对外输出激磁参考信号、轴角信号输出端子102输出粗通道轴角模拟信号以及精通道轴角模拟信号，以供仪表检测或外部的执行机构使用。散热风扇8运转，将机体内的热量散出外壳1，保护机体内的各部件。
本实用新型的小型化双速信号发生器，其体积小、携带方便，采用粗、精通道组合方式，可适应各种单、双速组合情况，适用性强。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种小型化双速信号发生器，其特征在于，包括外壳(1)以及设置在所述外壳(1)内的电源板(2)、信号处理板(3)，所述电源板(2)分别与外部电源及所述信号处理板(3)电性连接；
所述电源板(2)上设有直流隔离电源模块(201)以及交流隔离电源模块(202)，所述直流隔离电源模块(201)为所述信号处理板(3)提供工作电源，所述交流隔离电源模块(202)为所述信号处理板(3)提供激磁参考电源；
所述信号处理板(3)上集成有通信连接的微处理器(301)、fpga(302)、粗通道数字-旋转变压器(303)、精通道数字-旋转变压器(304)，所述微处理器(301)用于为所述fpga(302)提供控制信号，所述fpga(302)为所述粗通道数字-旋转变压器(303)及所述精通道数字-旋转变压器(304)分别提供数字信号源以及为所述微处理器(301)提供前馈数字信号；
所述外壳(1)上还设有外设接口，所述外设接口包括串口(5)和/或网口，所述外设接口与所述信号处理板(3)通信连接，所述外设接口用于接收控制信号以及输出轴角信号。
2.根据权利要求1所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)内还设有激磁输出变压器(203)，所述激磁输出变压器(203)的初级连接所述交流隔离电源模块(202)，所述激磁输出变压器(203)的次级分别连接所述粗通道数字-旋转变压器(303)及所述精通道数字-旋转变压器(304)。
3.根据权利要求2所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述粗通道数字-旋转变压器(303)及所述精通道数字-旋转变压器(304)分别包括参考变压器、正弦乘法器、余弦乘法器、象限选择开关、功率放大器、scott变压器，所述参考变压器的初级与所述激磁输出变压器(203)的次级连接，所述参考变压器的次级分别与所述正弦乘法器、所述余弦乘法器的参考电压端连接，所述正弦乘法器、所述余弦乘法器的输出端分别与所述象限选择开关连接，所述粗通道数字-旋转变压器(303)及所述精通道数字-旋转变压器(304)的数字角度信号输入端分别与所述fpga(302)通信连接，所述象限选择开关的输出端连接所述scott变压器的初级，所述scott变压器的次级输出所述粗通道数字-旋转变压器(303)或所述精通道数字-旋转变压器(304)的轴角信号。
4.根据权利要求2所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述外设接口包括激磁信号输出端子(101)、轴角信号输出端子(102)，所述激磁信号输出端子(101)与所述激磁输出变压器(203)的次级电性连接，所述轴角信号输出端子(102)与所述粗通道数字-旋转变压器(303)和/或所述精通道数字-旋转变压器(304)信号连接。
5.根据权利要求4所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述轴角信号输出端子(102)包括四组粗通道端子以及四组精通道端子，四组所述粗通道端子分别与所述粗通道数字-旋转变压器(303)的信号输出端连接，四组所述精通道端子分别与所述精通道数字-旋转变压器(304)的信号输出端连接。
6.根据权利要求1所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)上还设有电源输入接口(6)与电源开关(7)，所述电源输入接口(6)、所述电源开关(7)、所述电源板(2)依次串联。
7.根据权利要求6所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)内还安装有输入电源滤波器(204)，所述输入电源滤波器(204)设置在所述电源输入接口(6)与所述电源开关(7)之间。
8.根据权利要求1所述一种小型化双速信号发生器，其特征在于，所述外壳(1)内还固定设有散热风扇(8)，所述散热风扇(8)与所述直流隔离电源模块(201)电性连接，所述外壳(1)上还设有散热口，所述散热口与所述散热风扇(8)的出风口对应。
技术总结