基于AD9833的超声洁牙机的设计

　　超声洁牙机从设计原理上可分为两种:第一种是由LC模拟振荡电路构成,该方式电路需手动调整谐振点,使用不便,谐振点易因温度变化而漂移;第二种是由TL494配合数字电位器,在单片机的控制下产生占空比可控的推挽脉冲输出[1],决定该方式的脉冲频率是TL494外接的定时电阻、定时电容,由于洁牙机内的功率器件会发热或使用环境温度发生变化,定时电容容量会随温度的变化而变化,导致推挽输出脉冲频率随温度而变化,引起输出脉冲频率偏离换能器谐振频率点,故该方式无法让洁牙机长时间工作在最佳状态.采用AD9833为振荡源的洁牙机电路能解决这一问题.

　　1　电路总体设计及其工作过程

　　硬件电路结构框图如图1所示.当脚控开关踩下时,单片机控制水电磁阀打开,同时单片机控制AD9833输出频率步进变化的正弦波,该正弦波信号加入到TL494,TL494输出扫频推挽脉冲,该扫频推挽脉冲的占空比受单片机控制,该扫频信号驱动功率放大电路,再把功率信号加到压电陶瓷换能器,把电信号转变成超声机械振动信号.当扫频推挽输出脉冲的瞬时频率与压电陶瓷换能器的谐振频率一致时,电流取样反馈获得最大电压值,由此单片机可判断换能器的谐振点,扫描完毕单片机控制AD9833输出固定频率为谐振频率的二倍频.电路可由按键设置振荡强度,由LED指示功率强度.

　　2　硬件设计

　　洁牙机硬件电路原理图如图2所示.它包括电源电路单片机电路、振荡电路、推挽脉冲输出电路、功率放大电路、电流取样反馈电路等几部分.

　　2.1　单片机电路

　　图2中的单片机采用PIC系列单片机,该系列单片机具有运行速度快、功耗低、抗干扰能力强、保密性好等特点[2].根据洁牙机的功能要求,选用了可在线编程、具有A/D转换功能、22个I/O口的PIC16F873.在单片机的RB5-RB7口外接三个按键,这三个I/O口内部上拉电阻打开,这三个按键分别为电源软开关、功率升、功率降按键.单片机外接十一个发光二极管,其中一个为工作指示,其它为功率强度指示.脚踩开关经由光耦隔离后,将信号送单片机的3脚,若单片机检测到3脚为低电平,则控制洁牙机工作,同时单片机4脚输出高电平,经三极管驱动水电磁阀打开,水从洁牙机手柄中喷出,工作指示灯和功率强度指示灯亮.

　　2.2　振荡产生电路

　　TL494所需的振荡信号不由该芯片自身的振荡器及外接定时电阻定时电容生成,而是由DDS芯片AD9833生成,故可避免定时电阻定时电容温漂引起的振荡漂移.众所周知,正弦波信号的幅值是非线性的,但相位是线性的,按相位将一个周期360°分成n(本设计中n值取180)等分,并且将n个相位点对应的幅值存在DDS芯片的内部ROM中,以相位点为ROM地址,取出对应幅值,经过D/A转换、低通滤波,即可输出平滑的正弦波信号,即为DDS的基本工作原理.AD9833的MCLK信号由恒温有源晶振提供,其输出频率基本不受温度影响,还具有频率转换时间短、分辨率高、输出频率范围宽、输出频率可编程的优点[3].