基于单片机的专用信号发生器设计与应用
一 前 言
本文引用地址:在简易制导武器中,角位移传感器是姿态修正系统的敏感元件,用来测量弹体的角运动参数并以电信号形式给出三个信息。其中输出两路幅值相等相位相差90°的正弦信号作为弹体偏转测量的基准信号;另一路输出测角信号,该信号相对基准信号的相位反映角偏差的方向、幅值反映角偏差量。专用信号发生器就是模拟角位移输出信号的装置,用来进行后续解调电路以及功放电路的检测。它以单片机为核心,经过D/A转换和放大电路的处理,最后输出反应弹体姿态的基准信号和测角信号。
二 数学模型的建立
根据对输出信号性能指标的要求,基准信号幅值:A, 基准信号频率:f ,假设对A的精度要求为±0.01V,对f的要求为±10Hz,输出信号为正弦信号,可以建立模拟基准信号的数学表达式如下:
其中幅值的大小可以通过放大电路部分进行调节。
测角信号实时反映弹体的姿态,根据检测需要和角位移传感器的结构可以建立这一特定的Uc数学表达式为:
其中幅值的大小可以通过放大电路进行调节,相角Ψ反映偏差的方向。
三 方案设计
信号发生器的设计任务就是产生三路信号,并且提供和主机通讯的软硬件接口。首先根据输出信号的频率和幅值进行编码,存储在单片机的ROM里,然后以一定的时间间隔依次将这些数字量送往 D/A进行转换输出,这样,只要循环不已的送数,在D/A的双极性输出端就可以得到信号波形。信号的输出时序受上位机控制。
本设计采用AT89C4051组成一个最小的单片机系统。AT89C4051是Atmel公司的一款基于MSC51 内核的简化单片机,指令与标准的51单片机兼容,带有4K可重新编程片上程序存储器,128B的数据存储器,多达15条可编程I/O线,两个16位定时器 /计数器,片上模拟比较器,一个标准串行通讯口,内部带有振荡器和时钟电路。系统的硬件结构图如图1。
图1 硬件结构图
3.1 时钟复位电路设计
采用单片机片内的振荡器、上电复位和外部硬件看门狗电路。看门狗采用MAXIM公司的MAX706芯片,硬件电路如图2。 MAX706可以提供至少200ms宽度的复位脉冲,为使看门狗溢出有效必须把MAX706的WDO和MR连接起来,看门狗输入WDI连接4051的任何一个I/O端口都可。MAX706在程序运行期间监控整个系统的运行,喂狗程序必须在1.6秒之内使WDI引脚电平发生改变,否则MAX706将发出复位指令,使整个系统复位,看门狗时序如图3所示。
3.2 单片机与D/A的接口电路设计
D/A选用AD公司的AD7226。AD7226是具有8位精度的四通道D/A转换器,最小分辨电压约为4mV,可以满足设计的精度要求。每个通道都有一个输入锁存器,可以对输入的数字量进行锁存;输出端带有输出缓冲放大器。AD7226有一条写入控制线WR,两条地址线A0、A1,通过地址线可以选择不同的D/A转换通道。写入时序如图4所示。
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