专利名称：一种谐波生成方法、装置和信号发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号发生领域，尤其是涉及一种谐波生成方法、装置和信号发生器。
背景技术：
谐波是频率为基波的倍数的辅波或分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相位，在高压电力系统的检测领域，常常需要模拟电网谐波的标准信号源对检测设备的性能进行校验，例如高压电力线路的相位检测，避雷器的性能检测，用户电能表的性能校验等。因此，如何产生高质量的谐波信号则至关重要。传统的谐波现实是将几个不同频率的信号相叠加而成，例如将IMHz、3MHz、5MHz、7MHz、9MHz等信号的输出叠加起来，就形成了基波IMHz和3次、5次、7次、9次的谐波波形。这种方式缺点较为明显，其需要有较多的信号发生器，而且频率都是固定的调节，不能连续改变，另外信号合成匹配电路比较复杂。而目前在信号源领域，是利用通道耦合技术来产生谐波的，其工作原理是:一个通道输出“基波”，另一个通道输出“谐波”。假设CHl输出频率为IHz正弦波，CH2输出频率为2Hz正弦，就算是输出2次谐波。如果要输出5次谐波，就把CH2的输出修改为5Hz。如果要输出256次谐波，就把CH2的输出修改为256Hz。这就是通道耦合技术，只是不断的修改频率耦合差而已。这种信号发生器无法输出一个真正的谐波波形，而是基波谐波独立输出。另外其只能输出一个谐波，无法输出多次谐波。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种谐波生成方法、装置和信号发生器，用于实现真正的谐波输出。一方面，本发明实施例提供了一种谐波生成方法，该方法包括:获取各次谐波的幅度补偿系数；根据当前各次谐波的输出位标识确定当前谐波公式；根据所述幅度补偿系数及所述当前谐波公式获取当前谐波的波表数据；获取幅度配置增益系数，所述幅度配置增益系数为谐波波形的幅度最大值与基波波形的幅度最大值的比值；将所述波表数据、基波参数、所述幅度配置增益系数和基波幅度的乘积配置到现场可编程门阵列FPGA中以供直接数字式频率合成器DDS输出；配置DDS的运行标志位和输出标识位以输出谐波波形。优选地，本发明实施例的方法还包括:接收用户修改谐波次数的操作指令；判断修改的谐波次数是否超出设定的范围，若超出则结束该次修改谐波次数操作，若未超出，则根据所述操作指令调整各次谐波的输出位标识；判断该次谐波次数修改是否影响输出，若不影响输出，则结束该次修改谐波次数操作，若影响输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。优选地，本发明实施例的方法还包括:接收用户修改谐波类型的操作指令，所述谐波类型包括奇次谐波、偶次谐波、顺序谐波和自定义谐波；根据修改谐波类型的操作指令调整各次谐波的输出位标识，并重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。优选地，本发明实施例中当用户选择自定义谐波时，根据用户的操作指令调整各次谐波的输出标识后，还包括:判断该次修改是否影响输出，若影响输出，则结束该次修改操作，若不影响输出，则则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。优选地，本发明实施例的方法还包括:接收用户修改η次谐波幅度的操作指令，η为正整数；判断修改的谐波幅度是否超出设定的范围，若超出则结束该次修改η次谐波幅度操作，若未超出，则根据所述操作指令调整所述η次谐波的幅度值；判断所述η次谐波是否正在输出，若不在输出，则结束该次修改η次谐波幅度操作，若正在输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。优选地，本发明实施例的方法还包括:接收用户修改η次谐波相位的操作指令，η为正整数；判断修改的谐波相位是否超出设定的范围，若超出则结束该次修改η次谐波相位操作，若未超出，则根据所述操作指令调整所述η次谐波的相位值；判断所述η次谐波是否正在输出，若不在输出，则结束该次修改η次谐波相位操作，若正在输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。另一方面，本发明实施例还提供了一种谐波生成装置，该装置包括:补偿系数获取单元，用于获取各次谐波的幅度补偿系数；谐波确定单元，用于根据当前各次谐波的输出位标识确定当前谐波公式；波表数据获取单元，用于根据所述幅度补偿系数及所述当前谐波公式获取当前谐波的波表数据；增益系数获取单元，用于获取幅度配置增益系数，所述幅度配置增益系数为谐波波形的幅度最大值与基波波形的幅度最大值的比值；第一配置单元，用于将所述波表数据、基波参数、所述幅度配置增益系数和基波幅度的乘积配置到现场可编程门阵列FPGA中以供直接数字式频率合成器DDS输出；第二配置单元，用于配置DDS的运行标志位和输出标识位以输出谐波波形。优选地,本发明实施例的装置还包括谐波次数修改单元,所述谐波次数修改单元包括:指令接收�？椋糜诮邮沼没薷男巢ù问牟僮髦噶睿坏谝慌卸夏？椋糜谂卸闲薷牡男巢ù问欠癯錾瓒ǖ姆段В坏髡？椋糜诘彼龅谝慌卸夏？榕卸闲巢ù问闯錾瓒ǖ姆段保菟霾僮髦噶畹髡鞔涡巢ǖ氖涑鑫槐晔叮坏诙卸夏？椋糜谂卸细么涡巢ù问薷氖欠裼跋焓涑觯蛑匦禄袢》炔钩ハ凳�、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。优选地，本发明实施例的装置还包括谐波类型修改单元，所述谐波类型修改单元包括:指令接收�？椋糜诮邮沼没薷男巢ɡ嘈偷牟僮髦噶睿鲂巢ɡ嘈桶ㄆ娲涡巢�、偶次谐波、顺序谐波和自定义谐波；调整�？椋糜诟菪薷男巢ɡ嘈偷牟僮髦噶畹髡鞔涡巢ǖ氖涑鑫槐晔�。优选地，本发明实施例中当用户选择自定义谐波时，根据用户的操作指令调整各次谐波的输出标识后，所述谐波类型修改单元还包括:判断�？椋糜谂卸细么涡薷氖欠裼跋焓涑觯舨挥跋焓涑觯蛑匦禄袢》炔钩ハ凳⒉ū硎荨⒎扰渲迷鲆嫦凳磁渲肍PGA及DDS以输出谐波波形。优选地，本发明实施例的装置还包括谐波幅度修改单元，所述谐波幅度修改单元包括:指令接收模块，用于接收用户修改η次谐波幅度的操作指令，η为正整数；第一判断模块，用于判断修改的谐波幅度是否超出设定的范围；调整�？椋糜诘彼龅谝慌卸夏？榕卸闲薷牡男巢ǚ任闯錾瓒ǖ姆段保菟霾僮髦噶畹髡靓谴涡巢ǖ姆戎担坏诙卸夏？椋糜谂卸纤靓谴涡巢ㄊ欠裾谑涑觯粽谑涑觯蛑匦禄袢》炔钩ハ凳�、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。优选地,本发明实施例的装置还包括:谐波相位修改单元,所述谐波相位修改单元包括:指令接收�？椋糜诮邮沼没薷摩谴涡巢ㄏ辔坏牟僮髦噶睿俏坏谝慌卸夏？椋糜谂卸闲薷牡男巢ㄏ辔皇欠癯錾瓒ǖ姆段В坏髡？椋糜诘彼龅谝慌卸夏？榕卸闲薷牡男巢ㄏ辔晃闯錾瓒ǖ姆段保菟霾僮髦噶畹髡靓谴涡巢ǖ南辔恢担坏诙卸夏？椋糜谂卸纤靓谴涡巢ㄊ欠裾谑涑觯粽谑涑觯蛑匦禄袢》炔钩ハ凳�、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。另一方面，本发明实施例还提供了一种信号发生器，包括如上所述的谐波生成装置。本发明实施例不但可以实现真正的谐波输出，而谐波波形在输出幅度上更加精确，另外本发明实施例各次谐波的各项参数均可调，同时支持用户自定义的任意次谐波输出，谐波输出方式更加灵活。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种谐波生成方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的一种修改谐波次数的流程示意图；图3为本发明实施例提供的另一种修改谐波次数的流程示意图；图4为本发明实施例提供的一种修改谐波类型的流程示意图；图5为本发明实施例提供的另一种修改谐波类型的流程示意图；图6为本发明实施例提供的一种修改谐波幅度及相位的流程示意图；图7为本发明实施例提供的一种谐波生成装置的结构示意图；图8为本发明实施例提供的另一种谐波生成装置的结构示意图；图9为本发明实施例提供的一种谐波次数修改单元的结构示意图；图10为本发明实施例提供的一种谐波类型修改单元的结构示意图；图11为本发明实施例提供的一种谐波幅度修改单元的结构示意图；图12为本发明实施例提供的一种谐波相位修改单元的结构示意图；图13为本发明实施例提供的一种信号发生器的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示为本发明实施例提供的一种谐波生成方法的流程示意图，该方法包括如下步骤:SlOl:获取各次谐波的幅度补偿系数。谐波是正弦波，标准的正弦波信号可以通过如下公式(I)表示:f (t) = A0Sin (2 π f0t+ θ 0) (I)其中A表示该正弦信号幅度信息，f代表频率信息，Θ代表相位信息。多个正弦信号的叠加的公式(2)为:
权利要求
1.一种谐波生成方法，其特征在于，所述方法包括: 获取各次谐波的幅度补偿系数； 根据当前各次谐波的输出位标识确定当前谐波公式； 根据所述幅度补偿系数及所述当前谐波公式获取当前谐波的波表数据； 获取幅度配置增益系数，所述幅度配置增益系数为谐波波形的幅度最大值与基波波形的幅度最大值的比值； 将所述波表数据、基波参数、所述幅度配置增益系数和基波幅度的乘积配置到现场可编程门阵列FPGA中以供直接数字式频率合成器DDS输出； 配置DDS的运行标志位和输出标识位以输出谐波波形。
2.如权利要求1所述的谐波生成方法，其特征在于，所述方法还包括: 接收用户修改谐波次数的操作指令； 判断修改的谐波次数是否超出设定的范围，若超出则结束该次修改谐波次数操作或将谐波次数修改为最大值或最小值，若未超出，则根据所述操作指令调整各次谐波的输出位标识； 判断该次谐波次数修改是否影响输出，若不影响输出，则结束该次修改谐波次数操作，若影响输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
3.如权利要求1所述的谐波生成方法，其特征在于，所述方法还包括: 接收用户修改谐波类型的操作指令，所述谐波类型包括奇次谐波、偶次谐波、顺序谐波和自定义谐波； 根据修改谐波类型的操作指令调整各次谐波的输出位标识，并重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
4.如权利要求3所述的谐波生成方法，其特征在于，当用户选择自定义谐波时，根据用户的操作指令调整各次谐波的输出标识后，还包括: 判断该次修改是否影响输出，若影响输出，则结束该次修改操作，若不影响输出，则则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
5.如权利要求1所述的谐波生成方法，其特征在于，所述方法还包括: 接收用户修改η次谐波幅度的操作指令，η为正整数； 判断修改的谐波幅度是否超出设定的范围，若超出则结束该次修改η次谐波幅度操作，若未超出，则根据所述操作指令调整所述η次谐波的幅度值； 判断所述η次谐波是否正在输出，若不在输出，则结束该次修改η次谐波幅度操作，若正在输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
6.如权利要求1所述的谐波生成方法，其特征在于，所述方法还包括: 接收用户修改η次谐波相位的操作指令，η为正整数； 判断修改的谐波相位是否超出设定的范围，若超出则结束该次修改η次谐波相位操作，若未超出，则根据所述操作指令调整所述η次谐波的相位值； 判断所述η次谐波是否正在输出，若不在输出，则结束该次修改η次谐波相位操作，若正在输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
7.一种谐波生成装置，其特征在于，所述装置包括: 补偿系数获取单元，用于获取各次谐波的幅度补偿系数； 谐波确定单元，用于根据当前各次谐波的输出位标识确定当前谐波公式； 波表数据获取单元，用于根据所述幅度补偿系数及所述当前谐波公式获取当前谐波的波表数据； 增益系数获取单元，用于获取幅度配置增益系数，所述幅度配置增益系数为谐波波形的幅度最大值与基波波形的幅度最大值的比值； 第一配置单元，用于将所述波表数据、基波参数、所述幅度配置增益系数和基波幅度的乘积配置到现场可编程门阵列FPGA中以供直接数字式频率合成器DDS输出； 第二配置单元，用于配置DDS的运行标志位和输出标识位以输出谐波波形。
8.如权利要求7所述的谐波生成装置，其特征在于，所述装置还包括谐波次数修改单元，所述谐波次数修改单元包括: 指令接收�？椋糜诮邮沼没薷男巢ù问牟僮髦噶睿� 第一判断�？椋糜谂卸闲薷牡男巢ù问欠癯錾瓒ǖ姆段В� 调整模块，用于当所述第一判断�？榕卸闲巢ù问闯錾瓒ǖ姆段保菟霾僮髦噶畹髡鞔涡巢ǖ氖涑鑫槐晔叮� 第二判断模块，用于判断 该次谐波次数修改是否影响输出，若影响输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
9.如权利要求7所述的谐波生成装置，其特征在于，所述装置还包括谐波类型修改单元，所述谐波类型修改单元包括: 指令接收�？椋糜诮邮沼没薷男巢ɡ嘈偷牟僮髦噶睿鲂巢ɡ嘈桶ㄆ娲涡巢ā⑴即涡巢�、顺序谐波和自定义谐波； 调整模块，用于根据修改谐波类型的操作指令调整各次谐波的输出位标识。
10.如权利要求9所述的谐波生成装置，其特征在于，当用户选择自定义谐波时，根据用户的操作指令调整各次谐波的输出标识后，所述谐波类型修改单元还包括: 判断模块，用于判断该次修改是否影响输出，若影响输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
11.如权利要求7所述的谐波生成装置，其特征在于，所述装置还包括谐波幅度修改单元，所述谐波幅度修改单元包括: 指令接收�？椋糜诮邮沼没薷摩谴涡巢ǚ鹊牟僮髦噶睿俏� 第一判断�？椋糜谂卸闲薷牡男巢ǚ仁欠癯錾瓒ǖ姆段В� 调整�？椋糜诘彼龅谝慌卸夏？榕卸闲薷牡男巢ǚ任闯錾瓒ǖ姆段保菟霾僮髦噶畹髡靓谴涡巢ǖ姆戎担� 第二判断�？椋糜谂卸纤靓谴涡巢ㄊ欠裾谑涑觯粽谑涑觯蛑匦禄袢》炔钩ハ凳�、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
12.如权利要求7所述的谐波生成装置，其特征在于，所述装置还包括:谐波相位修改单元，所述谐波相位修改单元包括: 指令接收�？椋糜诮邮沼没薷摩谴涡巢ㄏ辔坏牟僮髦噶睿俏坏谝慌卸夏？椋糜谂卸闲薷牡男巢ㄏ辔皇欠癯錾瓒ǖ姆段В� 调整�？椋糜诘彼龅谝慌卸夏？榕卸闲薷牡男巢ㄏ辔晃闯錾瓒ǖ姆段保菟霾僮髦噶畹髡靓谴涡巢ǖ南辔恢担� 第二判断模块，用于判断所述η次谐波是否正在输出，若正在输出，则重新获取幅度补偿系数、波表数据、幅度配置增益系数来配置FPGA及DDS以输出谐波波形。
13.一种信号发生器， 其特征在于，包括如权利要求7-12任一所述的谐波生成装置。
全文摘要
本发明实施例提供了一种谐波生成方法、装置和信号发生器，方法包括获取各次谐波的幅度补偿系数；根据当前各次谐波的输出位标识确定当前谐波公式；根据幅度补偿系数及当前谐波公式获取当前谐波的波表数据；获取幅度配置增益系数；将波表数据、基波参数、幅度配置增益系数和基波幅度的乘积配置到现场可编程门阵列FPGA中以供直接数字式频率合成器DDS输出；配置DDS的运行标志位和输出标识位以输出谐波波形。本发明实施例不但可以实现真正的谐波输出，而谐波波形在输出幅度上更加精确，另外本发明实施例各次谐波的各项参数均可调，同时支持用户自定义的任意次谐波输出，谐波输出方式更加灵活。
文档编号G01R1/28GK103176002SQ20111043126
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者韩红瑞, 王悦, 王铁军, 李维森 申请人:北京普源精电科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
