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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(duì)雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的性能測(cè)試，必須對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行模擬，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種單片機(jī)控制下的超低頻信號(hào)發(fā)生器，用其產(chǎn)生頻率和幅度都能改變的正弦信號(hào)模擬不同的目標(biāo)信息。該超低頻信號(hào)發(fā)生器采用了主一從式雙CPU結(jié)構(gòu)，通過(guò)串行通信方式將兩個(gè)CPU聯(lián)系起來(lái)。從CPU控制產(chǎn)生0~20Hz頻率變化的正弦信號(hào)，主CPU控制所產(chǎn)生信號(hào)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(hào)，從而大大地節(jié)省了硬件開(kāi)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(hào)發(fā)生器硬件組成及工作過(guò)程

　　超低頻信號(hào)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：
　　①雙機(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(lái)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(hào)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(lái)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(guò)程是：由從CPU查詢頻率存儲(chǔ)單元(存放信號(hào)頻率值)，并開(kāi)始執(zhí)行信號(hào)生成程序，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器1和兩級(jí)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(hào)，其正弦信號(hào)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(hào)幅度的控制，正弦信號(hào)的頻率通過(guò)主一從CPU的串行通信由主CPU預(yù)置到從CPU的頻率存儲(chǔ)器單元。

3　超低頻信號(hào)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(hào)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(hào)，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和運(yùn)算放大器，信號(hào)形成后經(jīng)過(guò)一級(jí)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(hào)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(guò)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(hào)CS和轉(zhuǎn)換控制信號(hào)XFER都通過(guò)非門(mén)連到P2.7，這樣輸出寄存器和DAC寄存器地址都是7000H，“寫(xiě)”選通線WR1和WR2都和8031的“寫(xiě)”信號(hào)線連接，CPU對(duì)0832執(zhí)行一次“寫(xiě)”操作，把一個(gè)數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入DAC寄存器，DAC0832的輸出模擬信號(hào)隨之對(duì)應(yīng)變化。這樣，由CPU送來(lái)的數(shù)據(jù)SD0~SD7，通過(guò)DAC0832轉(zhuǎn)換成電流輸出，由R4、R5等將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)反相放大使得到了所需要的超低頻正弦信號(hào)。

　　3.3　正弦信號(hào)的幅度控制電路
　　正弦信號(hào)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(hào)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(guò)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(hào)發(fā)生器的軟件實(shí)現(xiàn)

　　超低頻信號(hào)發(fā)生器的軟件的編制主要采用的是查表法。對(duì)于正弦信號(hào)，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�用�?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(lái)控制，正弦波頻率的變化由改變輸出點(diǎn)之間的延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)正弦波的周期性和對(duì)稱性來(lái)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(hào)。

5　結(jié)　　論

　　該超低頻信號(hào)發(fā)生器能夠動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)單。目前，該超低頻信號(hào)發(fā)生器已成功地應(yīng)用于雷達(dá)跟蹤性能測(cè)試上，滿足了對(duì)天線控制系統(tǒng)頻域的開(kāi)環(huán)增益，以及閉環(huán)帶寬、峰值的測(cè)試所需激勵(lì)信號(hào)的要求。