基于單片機(jī)的專用信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一 前 言

在簡(jiǎn)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(lái)測(cè)量彈體的角運(yùn)動(dòng)參數(shù)并以電信號(hào)形式給出三個(gè)信息。其中輸出兩路幅值相等相位相差90°的正弦信號(hào)作為彈體偏轉(zhuǎn)測(cè)量的基準(zhǔn)信號(hào)；另一路輸出測(cè)角信號(hào)，該信號(hào)相對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)的相位反映角偏差的方向、幅值反映角偏差量。專用信號(hào)發(fā)生器就是模擬角位移輸出信號(hào)的裝置，用來(lái)進(jìn)行后續(xù)解調(diào)電路以及功放電路的檢測(cè)。它以單片機(jī)為核心，經(jīng)過(guò)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(hào)和測(cè)角信號(hào)。

二 數(shù)學(xué)模型的建立

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

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

測(cè)角信號(hào)實(shí)時(shí)反映彈體的姿態(tài)，根據(jù)檢測(cè)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(guò)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(jì)

信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)任務(wù)就是產(chǎn)生三路信號(hào)，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(hào)的頻率和幅值進(jìn)行編碼，存儲(chǔ)在單片機(jī)的ROM里，然后以一定的時(shí)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(hào)波形。信號(hào)的輸出時(shí)序受上位機(jī)控制。

本設(shè)計(jì)采用AT89C4051組成一個(gè)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(jiǎn)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(chǔ)器，128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，多達(dá)15條可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，片上模擬比較器，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊口，內(nèi)部帶有振蕩器和時(shí)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(shí)鐘復(fù)位電路設(shè)計(jì)

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?？撮T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(lái)，看門狗輸入WDI連接4051的任何一個(gè)I/O端口都可。MAX706在程序運(yùn)行期間監(jiān)控整個(gè)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(gè)系統(tǒng)復(fù)位，看門狗時(shí)序如圖3所示。

3.2 單片機(jī)與D/A的接口電路設(shè)計(jì)

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(jì)的精度要求。每個(gè)通道都有一個(gè)輸入鎖存器，可以對(duì)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(guò)地址線可以選擇不同的D/A轉(zhuǎn)換通道。寫入時(shí)序如圖4所示。