一種0~20Hz超低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討論文

一種0~20Hz超低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討論文

　　低頻信號發(fā)生器采用單片機(jī)波形合成發(fā)生器產(chǎn)生高精度，低失真的正弦波電壓，可用于校驗(yàn)頻率繼電器，同步繼電器等，也可作為低頻變頻電源使用。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的：一種0~20Hz超低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討相關(guān)論文，內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　一種0~20Hz超低頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討全文如下：

　　1、引言

　　雷達(dá)的天線控制系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，其任務(wù)是使天線自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。目標(biāo)(例如：飛機(jī)等)在空間瞬時(shí)坐標(biāo)的倍息，就是雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的輸入量。要實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的性能測試，必須對目標(biāo)信息進(jìn)行模擬，為此，我們設(shè)計(jì)了一種單片機(jī)控制下的超低頻信號發(fā)生器，用其產(chǎn)生頻率和幅度都能改變的正弦信號模擬不同的目標(biāo)信息。該超低頻信號發(fā)生器采用了主一從式雙CPU結(jié)構(gòu)，通過串行通信方式將兩個(gè)CPU聯(lián)系起來。從CPU控制產(chǎn)生0~20Hz頻率變化的正弦信號，主CPU控制所產(chǎn)生信號的幅度，并且充分地利用了單片機(jī)強(qiáng)大的程序控制和計(jì)算功能，采用查表的方法利用軟件生成了正弦信號，從而大大地節(jié)省了硬件開銷，動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)信息的模擬。

　　2、超低頻信號發(fā)生器硬件組成及工作過程

　　超低頻信號發(fā)生器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
三要由以下部分組成：

　?、匐p機(jī)通信部分：實(shí)現(xiàn)主從CPU的串行通信。②D/A轉(zhuǎn)換電路;把8031從單片機(jī)送來的正弦二進(jìn)制數(shù)碼變成正弦電壓，其幅度由D/A轉(zhuǎn)換器2所輸出的參考電壓控制。③正弦信號的幅度控制電路：在8031主單片機(jī)控制的控制下產(chǎn)生一定幅度范圍內(nèi)的參考電壓。④功率放大z把D/A變換送來的正弦電壓進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　其工作過程是：由從CPU查詢頻率存儲單元(存放信號頻率值)，并開始執(zhí)行信號生成程序，通過D/A轉(zhuǎn)換器1和兩級運(yùn)算放大器，將數(shù)字量變成模擬量，從而得到超低頻的正弦信號，其正弦信號的幅度控制由主CPU控制D/A轉(zhuǎn)換器l的參考電壓，從而實(shí)現(xiàn)正弦信號幅度的控制，正弦信號的頻率通過主一從CPU的串行通信由主CPU預(yù)置到從CPU的頻率存儲器單元。

　　3、超低頻信號發(fā)生器的硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1　雙機(jī)通信部分

　　超低頻信號發(fā)生器由兩個(gè)CPU控制，主、從CPU都以MCS一51系列單片機(jī)8031為核心，配以鎖存器74LS373、和EPROM27128構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。從CPU主要是產(chǎn)生正弦信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和運(yùn)算放大器，信號形成后經(jīng)過一級功率放大送到雷達(dá)天控系統(tǒng)的相敏檢波器，其正弦信號的幅度、頻率均受主CPU的控制。主CPU和從CPU之間的通信采用串行通信，通信方式為異步通信，引腳是10(RXD)和110(TXD)，一個(gè)是接收，一個(gè)是發(fā)送。在本系統(tǒng)中主CPU通過串行通信控制從CPU，初始化串行口工作方式1，波特率為1200baud。

　　3.2　數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換部分

　　D/A轉(zhuǎn)換部分選用的是DAC0832。DAC0832是CMOS工藝制造的8位單片D/A轉(zhuǎn)換器，屬于R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)的8位D/A轉(zhuǎn)換器，建立時(shí)間150ms，為電流輸出型，并且片內(nèi)帶輸入數(shù)字鎖存器。DAC0832與8031接成的是單緩沖方式，由于DAC0832是電流輸出，而我們用的是模擬電壓，在這種情況下，要將輸出的電流轉(zhuǎn)換成電壓，轉(zhuǎn)換電路接成同相電壓輸出形式，其輸出電壓Vout=IR(1+R2/R1)。在D/A轉(zhuǎn)換電路中，ILE接+5V，片選信號CS和轉(zhuǎn)換控制信號XFER都通過非門連到P2.7，這樣輸出寄存器和DAC寄存器地址都是7000H，“寫”選通線WR1和WR2都和8031的“寫”信號線連接，CPU對0832執(zhí)行一次“寫”操作，把一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器，DAC0832的輸出模擬信號隨之對應(yīng)變化。這樣，由CPU送來的數(shù)據(jù)SD0~SD7，通過DAC0832轉(zhuǎn)換成電流輸出，由R4、R5等將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)反相放大使得到了所需要的超低頻正弦信號。

　　3.3　正弦信號的幅度控制電路

　　正弦信號的幅度控制電路如圖1所示。由于改變D/A轉(zhuǎn)換器1的VREF腳的電壓便能控制輸出信號的幅度，因此利用主CPU控制D/A轉(zhuǎn)換器2，使之輸出不同幅度的電壓，從而去控制D/A轉(zhuǎn)換器1的VREF腳的電壓，達(dá)到幅度控制的目的。D/A轉(zhuǎn)換器2的參考電壓為+5V，其輸出模擬電壓幅度也可通過硬件進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣幅度控制范圍可以調(diào)節(jié)。

　　4、超低頻信號發(fā)生器的軟件實(shí)現(xiàn)

　　超低頻信號發(fā)生器的軟件的編制主要采用的是查表法。對于正弦信號，其每一個(gè)點(diǎn)的值的確定方法是：選取半個(gè)正弦周期，將半個(gè)周期分為254段，取254個(gè)點(diǎn)，讓其最大值為#FFH，因?yàn)樗玫?832D/A轉(zhuǎn)換為8位的，這樣可以充分保證其轉(zhuǎn)換的精度，同時(shí)目是超低頻，頻率范圍在0.01~20Hz之間，所以兩點(diǎn)之間的延遲時(shí)間完全可以滿足D/A轉(zhuǎn)換的時(shí)間關(guān)系。正弦波幅值的計(jì)算公式如下：

　　A=100*sin(I*π/255)　　　I=1…255

　　正弦波的幅度主要采用由主CPU控制D/A轉(zhuǎn)換的參考電壓來控制，正弦波頻率的變化由改變輸出點(diǎn)之間的延時(shí)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)正弦波的周期性和對稱性來編制匯編程序，可以很方便地得到幅度和頻率都受控的超低頻信號。

　　5、結(jié)論

　　該超低頻信號發(fā)生器能夠動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)跟蹤目標(biāo)信息的模擬，采用了主—從式雙CPU結(jié)構(gòu)，充分地利用了單片機(jī)的軟硬件資源，硬件結(jié)構(gòu)簡單。目前，該超低頻信號發(fā)生器已成功地應(yīng)用于雷達(dá)跟蹤性能測試上，滿足了對天線控制系統(tǒng)頻域的開環(huán)增益，以及閉環(huán)帶寬、峰值的測試所需激勵(lì)信號的要求。