基于AT89C52控制的任意波形水下信标电路设计

　　1 引言

　　在水下运动目标的运动轨迹测试中,通常采用主动定位方法实现。即在运动目标内部加装信标,作为参考声源发射信号,水面测量船上的数据采集和处理系统接收信号并解算出运动参数,以得到目标的运动轨迹从而实现目标定位。基于上述工程需求,我们设计了一种任意波形的水下信标电路,以产生所要求的参考信号。在电路设计中,采用波形预生成技术,通过单片机和CPLD控制来完成。与传统设计方法相比,具有功能易于扩展,信号生成快捷、方便,且可根据需要随时调整的优点。同时简化了硬件电路,降低了成本。

　　2 工作原理

　　设计的信标电路可根据实际需要产生多种信号。利用MATLAB仿真软件,可以方便、快捷的生成所需要的波形数据;并预存到数据存储器中。在单片机和CPLD电路控制下,将数据读出后送入D/A转换电路;转换后的模拟信号由功率输出电路进行放大和功率匹配,最后通过换能器发射。电路中专门设计了稳压电路,以保证系统的可靠运行。系统结构框图如图1所示。图中分频电路和地址发生器由CPLD实现。

　　3 电路设计及实现

　　3.1 单片机控制电路

　　单片机电路采用AT89C52实现,通过编程产生信号的周期、脉宽和分频电路的开始信号、地址发生器的复位信号以及E2PROM、D/A转换电路的选通等控制信号。在具体电路中,端口P1.0控制分频电路的启动、P1.1控制地址发生器的清零, P2.0控制28C256和AD7545的选通信号。单片机工作在定时器0方式。工作流程图如图2所示。

　　3.2 波形存储单元

　　波形存储单元利用一片28C256芯片存放抽样波形数据。波形数据利用MATLAB仿真软件产生,并将生成的数据下载到数据存储器28C256中。由于波形数据较多,将这些数据直接用手工录入数据存储器中不仅费时且容易出错。为克服这一弊端,我们通过MATLAB编程的方法将产生的一系列数据按照HEX文件的INTEL格式存放,并下载到28C256中,从而使信号产生的过程简单,快捷。利用这一方法可根据需要随时调整信号参数,无需硬件电路配合即可实现信号参数的选择和功能扩展。

　　3.3 CPLD逻辑设计

　　3.3.1 分频电路

　　分频电路采用两片74HC163实现。具体电路中将12MHz的晶振标准频率分频得到500KHz的抽样频率,作为地址发生器的时钟。分频电路由单片机AT89C52控制。

　　3.3.2 地址发生器电路

　　地址发生器由3片74HC163组成,时钟频率为500KHz,和预存的波形数据抽样频率相一致,以实现数据的无失真读出。

　　电路中,采用ALTRA公司的EPM7128AETC100-10芯片,在MAX+PLUSⅡ开发环境中完成电路设计;电路的集成度高、工作速度快、编程方便、价格低廉。