一种用于静电力触觉再现的脉冲电压信号生成装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于静电力触觉再现的脉冲电压信号生成装置，属于人机交互和虚拟现实领域。由三部分组成：由两个加法器和一个相位寄存器组成的相位累加器、数据存储器、D/A转换器组成的波形产生单元；由低通滤波器和D/A控制器组成的信号调理单元；以高压放大芯片PA90为核心的高压放大单元。本发明公开的脉冲电压信号生成装置主要用于静电力触觉再现系统，可以产生正弦波、调幅波、高斯波等多种波形，电路简单，易于实现，且具有高频率、高幅值、低功耗且智能可调的特点。
【专利说明】—种用于静电力触觉再现的脉冲电压信号生成装置
【技术领域】
[0001]本发明属于人机交互和虚拟现实领域，具体实现了一种用于静电力触觉再现的脉冲电压信号生成技术。
【背景技术】
[0002]基于静电力触觉再现系统是当代人机交互和虚拟现实领域研究的前沿，是实现便携式触觉再现装置公认的最好形式之一，也是当前国内外研究的重要方向。而实现这一项技术的首要关键任务就是要研究出作用于该触觉再现装置的脉冲电压信号生成装置。
[0003]早期的信号发生器主要是利用模拟技术来实现，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为震荡回路产生正弦波或是其他波形。而对于波形频率的控制主要是由机械驱动可变元件如电容器或者是谐振腔来实现，调节范围受到了很大的限制。随着数字技术的日益发展，大部分的信号发生器不再采用机械驱动而是数字电路，从一个频率基准发展到由数字合成电路产生的可变频率信号，调制方式也变得复杂。直接数字频率合成(DDS)技术就是在七十年代提出的，这是一种从相位概念出发新型频率合成技术，但是由于当时微电子技术和数字信号处理技术都不成熟，直接数字频率合成技术也没有得到重视。
[0004]自80年代以来，各国都在研制和发展各自的DDS产品，但是现存的信号发生器输出的信号波形比较单一，信号的幅度也不是很高，而且很难产生调幅波，高斯波等复杂波形。本发明设计的脉冲电压信号发生装置不仅可以产生调幅波、高斯波、正弦波等多种波形，频率范围较广，信号的峰峰值较高，频率、波形和幅值在一定范围内均是智能可调的。静电力触觉再现系统测试通过改变加载到触觉再现面板的透明导电极板上的驱动电压，改变手指上感应电荷以及手指所受到的静电力，从而改变手指在触觉面板上滑动时所有的摩擦力，手指皮肤受力而变形，从而感受到相应的触觉感受。为了能够更加细腻地将各种纹理通过触觉体现出来，施加在透明导电极板上的电压信号必须具有更加丰富地变化，因此，本发明设计的脉冲电压信号发生装置完全适用于静电力触觉再现系统。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种用于静电力触觉再现的脉冲电压信号生成装置，目的是产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、调幅波、脉冲波、高斯波等多种波形，频率范围为ΙΟΗζΙΟΚΗζ，峰峰值为10V100V，运用于静电力触觉再现系统，为静电力触觉再现装置提供多样稳定的激励信号。
[0006]本发明采取的技术方案是:包括:波形产生单元，信号调理单元，高压放大器，晶体振荡器；
所述波形产生单元是由加法器一、相位寄存器、加法器二、数据ROM顺序电连接，其中:
(1)加法器一:接收控制器发送的频率控制字，并与相位寄存器中的值相加；
(2)相位寄存器:存储相位序列码；
(3)加法器二:接收控制器发送的相位控制字，使相位信息呈线性变化，并且与加法器一、相位寄存器组成一个相位累加器；
(4)数据ROM:与加法器二相连，并将相位序列码转换成离散的幅值序列码；
所述信号调理单元是由D/A数模转换器、低通滤波器、D/A幅度控制器顺序电连接，其中:
(1)D/A数模转换器:将数据ROM中存储的幅度序列码转换成模拟信号；
(2)低通滤波器1023:滤除信号中的谐波以及尖峰脉冲，得到较为平滑的波形；
(3)D/A幅度控制器1022:改变D/A芯片的参考电压，实现对幅度的控制；
高压放大单元与D/A幅度控制器连接:是以高压放大芯片PA90实现，将信号的峰峰值放大到400V ；
晶体振荡器分别与相位寄存器、D/A数模转换器、D/A幅度控制器连接。
[0007]本发明设计的脉冲电压信号发生装置不仅可以正弦波、方波、三角波、锯齿波、调幅波、脉冲波、高斯波等多种波形，频率范围为20— 20KHz，信号的峰值高达400V，整个过程容易实现，电路简单易于集成，频率、波形和幅值在一定范围内均是智能可调的。静电力触觉再现系统测试通过改变加载到触觉再现面板的透明导电极板上的驱动电压，改变手指上感应电荷以及手指所受到的静电力，从而改变手指在触觉面板上滑动时所有的摩擦力，手指皮肤受力而变形，从而感受到相应的触觉感受。为了能够更加细腻地将各种纹理通过触觉体现出来，施加在透明导电极板上的电压信号必须具有更加丰富地变化，因此，本发明设计的脉冲电压信号发生装置完全适用于静电力触觉再现系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0009]本发明包括:波形产生单元101，信号调理单元102，高压放大器103，晶体振荡器104 ；
所述波形产生单元101是由加法器一 1011、相位寄存器1012、加法器二 1013、数据R0M1014顺序电连接，其中:
(1)加法器一1011:接收控制器发送的频率控制字，并与相位寄存器中的值相加；
(2)相位寄存器1012:存储相位序列码；
(3)加法器二1013:接收控制器发送的相位控制字，使相位信息呈线性变化，并且与加法器一、相位寄存器组成一个相位累加器；
(4)数据R0M1014:与加法器二相连，并将相位序列码转换成离散的幅值序列码；
所述信号调理单元102是由D/A数模转换器1021、低通滤波器1023、D/A幅度控制器
1022顺序电连接，其中:
(1)D/A数模转换器1021:将数据ROM中存储的幅度序列码转换成模拟信号；
(2)低通滤波器1023:滤除信号中的谐波以及尖峰脉冲，得到较为平滑的波形；
(3)D/A幅度控制器1022:改变D/A芯片的参考电压，实现对幅度的控制；
高压放大单元103与D/A幅度控制器1022连接:是以高压放大芯片PA90实现，将信号的峰峰值放大到400V ；晶体振荡器104分别与相位寄存器1012、D/A数模转换器1021、D/A幅度控制器1022连接。
[0010]电路工作原理:加法器一和加法器二分别接收DSP控制器发送来的频率控制字和相位控制字，加法器一和加法器二中的数值与相位累加器中存储的数值相加，且按照相位寄存器中的初始值进行累加，假如相位寄存器的位数是N，那么经过2N个时钟周期之后返回至初始值，而晶体振荡器104则为相位累加器、D/A转换器和D/A控制器提供参考时钟；力口法器二输出的是一系列相位序列码信息，而数据ROM则是将相位序列码信息转换成幅度序列码信息，通过D/A转换器将离散的幅度序列码信息转换成模拟信号，然后对模拟信号进行滤波处理；D/A控制器主要是通过变化的参考电压对信号的幅度进行控制，实现对信号幅度的智能可调；为了实现更加细腻的触觉感受，需要高幅值且变化范围广的激励信号，因此利用高压放大器将D/A控制器输出的电压信号幅度放大到400V。
【权利要求】
1.一种用于静电力触觉再现的脉冲电压信号生成装置，其特征在于包括:波形产生单元，信号调理单元，高压放大器，晶体振荡器； 所述波形产生单元是由加法器一、相位寄存器、加法器二、数据ROM顺序电连接，其中: (1)加法器一:接收控制器发送的频率控制字，并与相位寄存器中的值相加； (2)相位寄存器:存储相位序列码； (3)加法器二:接收控制器发送的相位控制字，使相位信息呈线性变化，并且与加法器一、相位寄存器组成一个相位累加器； (4)数据ROM:与加法器二相连，并将相位序列码转换成离散的幅值序列码； 所述信号调理单元是由D/A数模转换器、低通滤波器、D/A幅度控制器顺序电连接，其中: (1)D/A数模转换器:将数据ROM中存储的幅度序列码转换成模拟信号； (2)低通滤波器1023:滤除信号中的谐波以及尖峰脉冲，得到较为平滑的波形； (3)D/A幅度控制器1022:改变D/A芯片的参考电压，实现对幅度的控制； 高压放大单元与D/A幅度控制器连接，晶体振荡器分别与相位寄存器、D/A数模转换器、D/A幅度控制器连接。
【文档编号】G06F3/01GK104238753SQ201410481628
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月21日 优先权日:2014年9月21日
【发明者】孙晓颖, 龙慧, 董杨瑞, 王庆龙, 吴赛文, 王婷婷, 燕学智, 陈建 申请人:长春吉大博硕科技有限责任公司