基于單片機的專用信號發生器設計與應用

一 前 言

在簡易制導武器中，角位移傳感器是姿態修正系統的敏感元件，用來測量彈體的角運動參數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測量的基準信號；另一路輸出測角信號，該信號相對基準信號的相位反映角偏差的方向、幅值反映角偏差量。專用信號發生器就是模擬角位移輸出信號的裝置，用來進行后續解調電路以及功放電路的檢測。它以單片機為核心，經過D/A轉換和放大電路的處理，最后輸出反應彈體姿態的基準信號和測角信號。

二 數學模型的建立

根據對輸出信號性能指標的要求，基準信號幅值：A， 基準信號頻率：f ，假設對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，可以建立模擬基準信號的數學表達式如下：

其中幅值的大小可以通過放大電路部分進行調節。

測角信號實時反映彈體的姿態，根據檢測需要和角位移傳感器的結構可以建立這一特定的Uc數學表達式為：

其中幅值的大小可以通過放大電路進行調節，相角Ψ反映偏差的方向。

三 方案設計

信號發生器的設計任務就是產生三路信號，并且提供和主機通訊的軟硬件接口。首先根據輸出信號的頻率和幅值進行編碼，存儲在單片機的ROM里，然后以一定的時間間隔依次將這些數字量送往 D/A進行轉換輸出，這樣，只要循環不已的送數，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控制。

本設計采用AT89C4051組成一個最小的單片機系統。AT89C4051是Atmel公司的一款基于MSC51 內核的簡化單片機，指令與標準的51單片機兼容，帶有4K可重新編程片上程序存儲器，128B的數據存儲器，多達15條可編程I/O線，兩個16位定時器 /計數器，片上模擬比較器，一個標準串行通訊口，內部帶有振蕩器和時鐘電路。系統的硬件結構圖如圖1。

圖1 硬件結構圖

3.1 時鐘復位電路設計

采用單片機片內的振蕩器、上電復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在程序運行期間監控整個系統的運行，喂狗程序必須在1.6秒之內使WDI引腳電平發生改變，否則MAX706將發出復位指令，使整個系統復位，看門狗時序如圖3所示。

3.2 單片機與D/A的接口電路設計

D/A選用AD公司的AD7226。AD7226是具有8位精度的四通道D/A轉換器，最小分辨電壓約為4mV，可以滿足設計的精度要求。每個通道都有一個輸入鎖存器，可以對輸入的數字量進行鎖存；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轉換通道。寫入時序如圖4所示。