基于單片機(jī)的專用信號發(fā)生器設(shè)計與應(yīng)用

一 前 言

在簡易制導(dǎo)武器中，角位移傳感器是姿態(tài)修正系統(tǒng)的敏感元件，用來測量彈體的角運(yùn)動參數(shù)并以電信號形式給出三個信息。其中輸出兩路幅值相等相位相差90°的正弦信號作為彈體偏轉(zhuǎn)測量的基準(zhǔn)信號；另一路輸出測角信號，該信號相對基準(zhǔn)信號的相位反映角偏差的方向、幅值反映角偏差量。專用信號發(fā)生器就是模擬角位移輸出信號的裝置，用來進(jìn)行后續(xù)解調(diào)電路以及功放電路的檢測。它以單片機(jī)為核心，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和放大電路的處理，最后輸出反應(yīng)彈體姿態(tài)的基準(zhǔn)信號和測角信號。

二 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)對輸出信號性能指標(biāo)的要求，基準(zhǔn)信號幅值：A， 基準(zhǔn)信號頻率：f ，假設(shè)對A的精度要求為±0.01V，對f的要求為±10Hz，輸出信號為正弦信號，可以建立模擬基準(zhǔn)信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

其中幅值的大小可以通過放大電路部分進(jìn)行調(diào)節(jié)。

測角信號實時反映彈體的姿態(tài)，根據(jù)檢測需要和角位移傳感器的結(jié)構(gòu)可以建立這一特定的Uc數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中幅值的大小可以通過放大電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，相角Ψ反映偏差的方向。

三 方案設(shè)計

信號發(fā)生器的設(shè)計任務(wù)就是產(chǎn)生三路信號，并且提供和主機(jī)通訊的軟硬件接口。首先根據(jù)輸出信號的頻率和幅值進(jìn)行編碼，存儲在單片機(jī)的ROM里，然后以一定的時間間隔依次將這些數(shù)字量送往 D/A進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，這樣，只要循環(huán)不已的送數(shù)，在D/A的雙極性輸出端就可以得到信號波形。信號的輸出時序受上位機(jī)控制。

本設(shè)計采用AT89C4051組成一個最小的單片機(jī)系統(tǒng)。AT89C4051是Atmel公司的一款基于MSC51 內(nèi)核的簡化單片機(jī)，指令與標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)兼容，帶有4K可重新編程片上程序存儲器，128B的數(shù)據(jù)存儲器，多達(dá)15條可編程I/O線，兩個16位定時器 /計數(shù)器，片上模擬比較器，一個標(biāo)準(zhǔn)串行通訊口，內(nèi)部帶有振蕩器和時鐘電路。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

3.1 時鐘復(fù)位電路設(shè)計

采用單片機(jī)片內(nèi)的振蕩器、上電復(fù)位和外部硬件看門狗電路。看門狗采用MAXIM公司的MAX706芯片,硬件電路如圖2。 MAX706可以提供至少200ms寬度的復(fù)位脈沖，為使看門狗溢出有效必須把MAX706的WDO和MR連接起來，看門狗輸入WDI連接4051的任何一個I/O端口都可。MAX706在程序運(yùn)行期間監(jiān)控整個系統(tǒng)的運(yùn)行，喂狗程序必須在1.6秒之內(nèi)使WDI引腳電平發(fā)生改變，否則MAX706將發(fā)出復(fù)位指令，使整個系統(tǒng)復(fù)位，看門狗時序如圖3所示。

3.2 單片機(jī)與D/A的接口電路設(shè)計

D/A選用AD公司的AD7226。AD7226是具有8位精度的四通道D/A轉(zhuǎn)換器，最小分辨電壓約為4mV，可以滿足設(shè)計的精度要求。每個通道都有一個輸入鎖存器，可以對輸入的數(shù)字量進(jìn)行鎖存；輸出端帶有輸出緩沖放大器。AD7226有一條寫入控制線WR，兩條地址線A0、A1，通過地址線可以選擇不同的D/A轉(zhuǎn)換通道。寫入時序如圖4所示。