一种0~20Hz超低频信号发生器的设计与实现

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1、一种020Hz超低频信号发生器的设计与实现 1引言 雷达的天线控制系统是一个自动调整系统，其任务是使天线自动跟踪目标。目标(例如：飞机等)在空间瞬时坐标的倍息，就是雷达天线控制系统的输入量。要实现对雷达天线控制系统的性能测试，必须对目标信息进行模拟，为此，我们设计了一种单片机控制下的超低频信号发生器，用其产生频率和幅度都能改变的正弦信号模拟不同的目标信息。该超低频信号发生器采用了主一从式双CPU结构，通过串行通信方式将两个CPU联系起来。从CPU控制产生020Hz频率变化的正弦信号，主CPU控制所产生信号的幅度，并且充分地利用了单片机强大的程序控制和计算功能，采用查表的方法利用软件生成了正弦信

2、号，从而大大地节省了硬件开销，动态地实现了目标信息的模拟。2超低频信号发生器硬件组成及工作过程超低频信号发生器的硬件结构框图如图1所示。三要由以下部分组成：双机通信部分：实现主从CPU的串行通信。D/A转换电路；把8031从单片机送来的正弦二进制数码变成正弦电压，其幅度由D/A转换器2所输出的参考电压控制。正弦信号的幅度控制电路：在8031主单片机控制的控制下产生一定幅度范围内的参考电压。功率放大z把D/A变换送来的正弦电压进行功率放大，驱动雷达天线转动。其工作过程是：由从CPU查询频率存储单元(存放信号频率值)，并开始执行信号生成程序，通过D/A转换器1和两级运算放大器，将数字量变成模拟量，

3、从而得到超低频的正弦信号，其正弦信号的幅度控制由主CPU控制D/A转换器l的参考电压，从而实现正弦信号幅度的控制，正弦信号的频率通过主一从CPU的串行通信由主CPU预置到从CPU的频率存储器单元。3超低频信号发生器的硬件电路设计3.1双机通信部分超低频信号发生器由两个CPU控制，主、从CPU都以MCS一51系列单片机8031为核心，配以锁存器74LS373、和EPROM27128构成单片机最小系统。从CPU主要是产生正弦信号，经过D/A转换和运算放大器，信号形成后经过一级功率放大送到雷达天控系统的相敏检波器，其正弦信号的幅度、频率均受主CPU的控制。主CPU和从CPU之间的通信采用串行通信，通

4、信方式为异步通信，引脚是10(RXD)和110(TXD)，一个是接收，一个是发送。在本系统中主CPU通过串行通信控制从CPU，初始化串行口工作方式1，波特率为1200baud。3.2数模(D/A)转换部分D/A转换部分选用的是DAC0832。DAC0832是CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器，属于R-2RT型电阻网络的8位D/A转换器，建立时间150ms，为电流输出型，并且片内带输入数字锁存器。DAC0832与8031接成的是单缓冲方式，由于DAC0832是电流输出，而我们用的是模拟电压，在这种情况下，要将输出的电流转换成电压，转换电路接成同相电压输出形式，其输出电压Vout=IR(1+R

5、2/R1)。在D/A转换电路中，ILE接+5V，片选信号CS和转换控制信号XFER都通过非门连到P2.7，这样输出寄存器和DAC寄存器地址都是7000H，“写”选通线WR1和WR2都和8031的“写”信号线连接，CPU对0832执行一次“写”操作，把一个数据直接写入DAC寄存器，DAC0832的输出模拟信号随之对应变化。这样，由CPU送来的数据SD0SD7，通过DAC0832转换成电流输出，由R4、R5等将电流信号转换成电压信号，经反相放大使得到了所需要的超低频正弦信号。 3.3正弦信号的幅度控制电路正弦信号的幅度控制电路如图1所示。由于改变D/A转换器1的VREF脚的电压便能控制输出信号的幅

6、度，因此利用主CPU控制D/A转换器2，使之输出不同幅度的电压，从而去控制D/A转换器1的VREF脚的电压，达到幅度控制的目的。D/A转换器2的参考电压为+5V，其输出模拟电压幅度也可通过硬件进行调节，这样幅度控制范围可以调节。4超低频信号发生器的软件实现 超低频信号发生器的软件的编制主要采用的是查表法。对于正弦信号，其每一个点的值的确定方法是：选取半个正弦周期，将半个周期分为254段，取254个点，让其最大值为#FFH，因为所用的0832D/A转换为8位的，这样可以充分保证其转换的精度，同时目是超低频，频率范围在0.0120Hz之间，所以两点之间的延迟时间完全可以满足D/A转换的时间关系。正弦波幅值的计算公式如下：A=100*sin(I*/255)I=1255正弦波的幅度主要采用由主CPU控制D/A转换的参考电压来控制，正弦波频率的变化由改变输出点之间的延时来实现，根据正弦波的周期性和对称性来编制汇编程序，可以很方便地得到幅度和频率都受控的超低频信号。5结论该超低频信号发生器能够动态地实现对雷达跟踪目标信息的模拟，采用了主从式双CPU结构，充分地利用了单片机的软硬件资源，硬件结构简单。目前，该超低频信号发生器已成功地应用于雷达跟踪性能测试上，满足了对天线控制系统频域的开环增益，以及闭环带宽、峰值的测试所需激励信号的要求。