其中幅值的大小可以通過放大電路部分進(jìn)行調(diào)節(jié)。
    測角信號實時反映彈體的姿態(tài)，根據(jù)檢測需要和角位移傳感器的結(jié)構(gòu)可以建立這一特定的Uc數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 
     

     
    其中幅值的大小可以通過放大電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，相角Ψ反映偏差的方向。
三 方案設(shè)計
    信號發(fā)生器的設(shè)計任務(wù)就是產(chǎn)生 三路信號，并且提供和主機通訊的軟硬件接口。首先根據(jù)輸出信號的頻率和幅值進(jìn)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(shù)字量送往 D/A進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出，這樣，只要循環(huán)不已的送數(shù)，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(shè)計采用AT89C4051組成一個最小的單片機系統(tǒng)。AT89C4051是Atmel公司的一款基于MSC51 內(nèi)核的簡化單片機，指令與標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)存儲器，多達(dá)15條可編程I/O線，兩個16位定時器 /計數(shù)器，片上模擬比較器，一個標(biāo)準(zhǔn)串行通訊口，內(nèi)部帶有振蕩器和時鐘電路。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1。

 圖1  硬件結(jié)構(gòu)圖
3.1 時鐘復(fù)位電路設(shè)計
    采用單片機片內(nèi)的振蕩器、上電復(fù)位和外部硬件看門狗電路?？撮T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(fù)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(jiān)控整個系統(tǒng)的運行，喂狗程序必須在1.6秒之內(nèi)使WDI引腳電平發(fā)生改變，否則MAX706將發(fā)出復(fù)位指令，使整個系統(tǒng)復(fù)位，看門狗時序如圖3所示。

圖2  復(fù)位電路                               圖3  看門狗時序圖

3.2 單片機與D/A的接口電路設(shè)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(zhuǎn)換器，最小分辨電壓約為4mV，可以滿足設(shè)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(shù)字量進(jìn)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(zhuǎn)換通道。寫入時序如圖4所示。

    圖4   AD7226寫入時序
    由于4051沒有專門的地址和讀寫控制引腳，此處可以通過普通的I/O引腳參考AD7226的寫入時序，利用軟件進(jìn)行時序模擬?？梢酝ㄟ^改變延時的時間來改變輸出的頻率。圖5是利用4051的P3.0、P3.1口作為A0、A1的地址線，P3.5作為WR的寫入控制線的硬件參考電路，相應(yīng)的示例程序如下：
     ……..       
    MOV  P1, A         ；P1口置數(shù)               
    MOV  P3, #0FCH    ；選擇通道A       
    CLR   P3.5         ；置P3.5 低電平  
    SETB  P3.5         ；置P3.5 高電平，上升沿鎖存數(shù)據(jù)
    LCALL  DELAY     ；調(diào)用延時子程序
     ……

   圖5   單片機與D/A接口電路
 3.3 偏移電路設(shè)計
    AD7226的每一個通道都可以單獨用來提供單極性或雙極性的輸出，要獲得雙極性的輸出必須外加運算放大器和偏移電阻，輸出電壓的范圍取決于參考電壓的大小，如圖6是在單極性電源供電情況下的雙極性輸出電路圖，要注意偏移電阻的阻值匹配。

圖6  AD7226雙極性輸出電路
3.4 放大電路設(shè)計
    放大電路主要是對AD7226輸出的雙極性電壓信號幅值進(jìn)行處理，以達(dá)到使用的要求。放大電路的輸入極增加一個一階低通濾波器，以防止D/A輸出的高頻成分干擾；采用低頻運放作為射隨器以提高輸入阻抗。放大電路部分如圖7所示。

 圖 7  放大電路（部分）
四 信號發(fā)生器的軟件設(shè)計
4.1 信號編碼
    以產(chǎn)生  為例，來說明如何對信號進(jìn)行編碼。
    AD7226的每一個通道都能單獨的配置成雙極性輸出，參考圖6，以7226的通道A為例， 可以得到輸出表達(dá)式： 
    

    如果取R1＝R2，則有：
    

    其中DA＝DBIN /256，其分子部DBIN就是鎖存器A中鎖存的數(shù)字量，也就是偏移二進(jìn)制碼。
    由于D/A輸出雙極性電壓的范圍是－VREF ~VREF（127/128），所以要把Uj1放大VREF倍，即對VREFUj1進(jìn)行編碼，然后通過放大電路處理，得到最終需要的Uj1。這樣就有：
    

這里要注意 的取值范圍是－1～ ,而不是－1～＋1。取整時要按照四舍五入的原則以減少誤差，表1是雙極性輸出時二進(jìn)制編碼表以及對應(yīng)模擬輸出電壓。

表 1  雙極性輸出偏移二進(jìn)制碼表
   

4.2 軟件設(shè)計
    軟件的任務(wù)是根據(jù)上位機的指令完成信號的控制和輸出，編程語言采用8051匯編語言，整個程序由初始化模塊、基準(zhǔn)信號輸出模塊、測角及基準(zhǔn)信號輸出模塊、中斷模塊、延時模塊和喂狗模塊組成。軟件流程如圖8所示。
4.3 與上位機接口時序
    信號發(fā)生器采用中斷的模式響應(yīng)上位機的控制指令，其指令的時序如圖9所示。
    系統(tǒng)上電后，上位機須發(fā)送清零指令，復(fù)位INT0、INT1為低電平，Uj1、Uj2、Uc輸出為0。在INT0、INT1為低電平期間，可以發(fā)送基準(zhǔn)信號輸出指令I(lǐng)NT0，輸出基準(zhǔn)信號Uj1、Uj2；在基準(zhǔn)信號輸出期間，即INT0為高電平期間，可以發(fā)送測角信號輸出指令I(lǐng)NT1，此時輸出測角信號 Uc，Uj1、Uj2同步輸出。當(dāng)INT0變?yōu)榈碗娖綍r，無論INT1為何種狀態(tài)，三路信號輸出都為0。發(fā)送基準(zhǔn)信號和測角信號輸出前必須保證INT0、 INT1有效復(fù)位低電平。在INT0為低電平期間，陀螺儀模擬器不響應(yīng)任何INT1指令。如果發(fā)生不可預(yù)料的邏輯紊亂，可以通過復(fù)位INT0、INT1，再按照圖9所示時序關(guān)系發(fā)送指令。
    

 圖 8   軟件流程圖
    

 圖 9  INT0、INT1工作時序
五 結(jié) 論
     通過軟件硬件的調(diào)試和檢測，表明該模擬裝置的硬件和軟件系統(tǒng)能很好的工作，在系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)中能正確的模擬角位移傳感器的基準(zhǔn)信號和測角信號，滿足設(shè)計的要求，已經(jīng)在某產(chǎn)品的檢測系統(tǒng)中獲得了應(yīng)用。