發(fā)布時間：2014-06-18所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 論文摘要：建筑物內(nèi)傳播模型包括建筑物類似影響以及Seidel描述的阻擋物引起的變化。這一模型靈活性很強，預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB，而對數(shù)距離模型的偏差達13dB。 關(guān)鍵詞：函數(shù)信號,D/A ,單片機控制 引言 本文提出并設(shè)計了一種基于AT89S51微處理
論文摘要：建筑物內(nèi)傳播模型包括建筑物類似影響以及Seidel描述的阻擋物引起的變化。這一模型靈活性很強，預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB，而對數(shù)距離模型的偏差達13dB。
關(guān)鍵詞：函數(shù)信號,D/A ,單片機控制
引言
本文提出并設(shè)計了一種基于AT89S51微處理器控制的MAX038信號發(fā)生芯片的信號發(fā)生器設(shè)計。文中詳細介紹了該系統(tǒng)的原理、構(gòu)成及其設(shè)計方法。依據(jù)MAX038 輸出頻率的數(shù)控調(diào)節(jié)原理,配合單片機控制,我們可以實現(xiàn)數(shù)控的函數(shù)信號發(fā)生器。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
如圖1所示，利用單片機AT89C51對主信號發(fā)生芯片進行數(shù)字控制。因為MAX038原是模擬量控制型芯片，所以中間要通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，對MAX038產(chǎn)生的波形信號進行頻率、占空比、幅度的控制，以及產(chǎn)生波形的選擇控制。
圖1 方案框圖
MAX038 的輸出頻率主要受振蕩電容CF、IIN端電流和FADJ端電壓的控制,其中前二者與輸出頻率的關(guān)系如圖2所示。選擇一個CF值,對應(yīng)IIN端電流的變化,將產(chǎn)生一定范圍的輸出頻率。另外,改變FADJ端的電壓,可以在IIN控制的基礎(chǔ)上,對輸出頻率實現(xiàn)微調(diào)控制。為實現(xiàn)輸出頻率的數(shù)控調(diào)整,在IIN端和FADJ端分別連接一個電壓輸出的DAC。首先，通過DACB產(chǎn)生0V(00H)~2.5V(0FFH)的輸出電壓,經(jīng)電壓/ 電流轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生0μA到748μA的電流,疊加上網(wǎng)絡(luò)本身產(chǎn)生的2μA電流,最終對IIN端形成2μA~750μA的工作電流,使之產(chǎn)生相應(yīng)的輸出頻率范圍。DACB將此工作電流范圍分為256級步進間隔,輸出頻率范圍也被分為256級步進間隔。所以,IIN端的電流對輸出頻率實現(xiàn)粗調(diào)。第二步,通過DACA 在FADJ端產(chǎn)生一個從-2.3V(00H)~+2.3V(0FFH)的電壓范圍,該范圍同樣包含256級步進間隔,IIN 端的步進間隔再次細分為256級步進間隔,從而在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)微調(diào)。
1.1單片機介紹及外圍電路
圖2 單片機外圍電路
如圖2所示，AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元。[1]
如圖2中所示，在單片機的I/O口分配上利用率比較高，應(yīng)為I/O資源剛好可以滿足控制設(shè)計的需要，所以不需要另外擴充I/O資源。根據(jù)P0口，P1口，P2口及P3口各自的特點，我們選用P0口作為數(shù)據(jù)口，通過分時復(fù)用的方法分別送數(shù)據(jù)給MAX505的A、B、C通道控制頻率和占空比;送數(shù)據(jù)給LCD1602傳送信息顯示數(shù)據(jù)。選用P1口的P1.0～P1.5做按鍵輸入口。P1.6與P1.7做幅度控制的I2C數(shù)據(jù)輸出口，單片機自身不具備I2C功能，所以要通過軟件控制實現(xiàn)。另外，P2口與P3口做MAX505、MAX038、4052(段選芯片)的數(shù)據(jù)控制口及片選口。還有P3.0(RXD)、P3.1(TXD)做上位機通信口分別接MAX232芯片的OUT輸出IN與輸入引腳。
1.2D/A轉(zhuǎn)換電路(頻率，占空比控制電路)
如圖3所示，我們用+2.5V做MAX505的基準(zhǔn)電源。我們選用了MAX505的3路D/A輸出分別控制MAX038的DADJ、FADJ和IIN引腳，在前面我們知道MAX038的DADJ和FADJ引腳要求輸入的電壓信號時在-2.3V～+2.3V之間，IIN的輸入要求是0μA～750μA的電流。通過一個轉(zhuǎn)換電路將MAX505的輸出是0～2.5V的電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓電流。[2]
在MAX038的FADJ端選擇DACB通道，同樣的接法可以實現(xiàn)-2.3V～+2.3V 的電壓控制信號。
圖3D/A轉(zhuǎn)換電路圖
這樣就實現(xiàn)了所需要的模擬量的輸入，D/A轉(zhuǎn)換圖如圖3所示。 5 衰減因子模型
建筑物內(nèi)傳播模型包括建筑物類似影響以及Seidel描述的阻擋物引起的變化。這一模型靈活性很強，預(yù)測路徑損耗與測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為4dB，而對數(shù)距離模型的偏差達13dB。衰減因子模型表達式為：?
Ericsson室內(nèi)路徑損耗模型
PL——(d)[dB]=PL——(d0)[dB]+10nSFlog(dd0)+FAF[dB]
式中，nSF表示同層測試的指數(shù)值。如果同層存在很好的估計值n，則不同層路徑損耗可通過附加FAF值獲得。
上述為只適用于超高頻RFID系統(tǒng)的室內(nèi)傳播模型。在實際工作中，由于這些模型都是針對某些環(huán)境情況下得出的，預(yù)測值的誤差可能很大，需要進行調(diào)整。傳播模型的建立過程也就是傳播模型的校正過程。掌握了準(zhǔn)確的傳播模型，就為研究無線電波的傳播奠定了堅實的基礎(chǔ)，對提高RFID系統(tǒng)的通信能力具有重要的意義。?
1.3頻段選擇電路
我們選用多路開關(guān)CD4052做為切換不同電容所需要用的芯片器件。每當(dāng)S1，S2出于不同的的組合狀態(tài)的時候，可以同時選通兩路開關(guān)AxBx,因此采用如圖4所示的連接方式可以實現(xiàn)將電容連接到5腳COCS上。[3]
1.4幅度控制電路
該部分電路主要有放大器電路和數(shù)字電位器電路兩部分組成，其中放大器部分電路的作用是將MAX038產(chǎn)生的電壓波形2Vp-p放大為5Vp-p，數(shù)字電位器電路的作用是為了實現(xiàn)產(chǎn)生的電壓波形在-5V～+5V之間數(shù)字可調(diào)。
美國模擬器件公司推出一次性編程(OTP)數(shù)字電位計系列產(chǎn)品AD5171，用來讀/寫滑片位置，而OTP性能則能永久設(shè)定滑片的位置。工作溫度范圍為-40℃~+125℃之間，溫度系數(shù)為35ppm/℃，工作電壓在2.7~5.5V之間，工作電流不大于5A。AD5171是64滑點的數(shù)字電位計。
圖4 頻段選擇電路
I2C(Inter-Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線最主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性。總線的構(gòu)成及信號類型是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。總線必須由主器件(通常為微控制器)控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘(SCL)控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。[4]
當(dāng)SCL保留高電位同時SDL變低時傳送開始。這個開始狀態(tài)之后，時鐘信號變低來啟動數(shù)據(jù)傳送。在每一個數(shù)據(jù)位，時鐘位在確保數(shù)據(jù)位正確時變高電平。在每一個8位數(shù)據(jù)的結(jié)尾發(fā)送一個確認信號，而不管它是地址還是數(shù)據(jù)。在確認時，傳送端不會把SDL變?yōu)榈碗娖剑绻_接收到了數(shù)據(jù)允許接收端把電位變?yōu)?。確認信號后，當(dāng)SCL處于高電平時SDL從低變?yōu)楦撸甘緮?shù)據(jù)傳送停止。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。CPU發(fā)出的控制信號分為地址碼和控制量兩部分，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類;控制量決定該調(diào)整的類別(如對比度、亮度等)及需要調(diào)整的量。這樣，因為地址碼的作用各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。
I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程有3種類型信號，它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。
開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。
結(jié)束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。
應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出一個應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。
接口的設(shè)計也大大提高了芯片的利用效率，我們利用AT89C51的P1.6、P1.7腳就可以控制數(shù)據(jù)對模擬量進行數(shù)字控制。[4]
圖5 幅度控制電路
1.5鍵盤電路
鍵盤用的是上拉電阻，選通接地的形式。
KEY0鍵功能：三角波，正弦波，矩形波的循環(huán)選擇。
KEY1鍵功能：頻段、頻率、占空比、幅度的控制的循環(huán)選擇。
KEY2鍵功能：選定的控制對象步進量增。
KEY3鍵功能：選定的控制對象步進量減。
KEY4鍵功能：選擇確定。
KEY5鍵功能：選擇不確定(即返回)。
例如產(chǎn)生一個正弦波的控制方式：在開始界面用KEY0鍵選擇正弦波，用KEY4鍵確定進入頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，首先用KEY1鍵來選擇頻率，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)頻率步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定，然后KEY5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用KEY2鍵來選擇占空比，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)占空比步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定，然后KEY5鍵返回到頻率，占空比，幅度的控制的循環(huán)選擇界面，用KEY2鍵來選擇幅度，KEY4鍵確定進入，然后用KEY2和KEY3鍵來實現(xiàn)幅度步進的增值或減值，數(shù)值確定后KEY4鍵確定。[5]
圖6 鍵盤電路
2結(jié)束語
采用MAX038 芯片制作函數(shù)信號發(fā)生器隨設(shè)計思想不同,具有多種方法,本文只是一種可能實現(xiàn)的方法。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高,整機自動化程度高,性能優(yōu)良,具有很高的實用價值。
同時該信號源設(shè)計尚存在的不足之處，主要有兩個方面，第一為缺乏頻率準(zhǔn)確顯示的手段，可以配備相應(yīng)的數(shù)字頻率計模塊，但如何將顯示的精度與信號源的頻段配合有待討論研究;第二為輸出級可配以顯示輸出幅度的儀表，并且放大電路有待進一步改進，使其具有更強的輸出能力。
參考文獻
[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)[M].北京:高等教育出版社.1998.
[2] 張友德等.單片微型機原理、應(yīng)用與實驗[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1993.
[3] 陳澤宗等.單片精密函數(shù)發(fā)生器應(yīng)用[J].電子技術(shù)報，1997，20(7)：3～4.
[4] 常新等.高頻信號發(fā)生器原理,維修與鑒定[M].北京:電子工業(yè)出版社,1996.
[5] 謝嘉奎,宣月清.電子線路[非線性部分][M].北京:高等教育出版社,1988.
