微處理器在導航設備模擬信號處理中的應用

摘要：介紹了一種微處理器在某導航設備中模擬信號的處理思路和算法，有效地提高了設備的系統(tǒng)集成度，達到提高設備可靠性的目的。
關鍵詞：微處理器；差動方位；磁方位

機載近程無線電導航設備可以為飛機駕駛員提供飛機所在位置信息以及航向信息，即可以連續(xù)地給飛機提供方位和距離數(shù)據(jù)，數(shù)字化的方位和距離信息可直接在數(shù)字指示器上顯示。為了更直觀地反映和觀察飛機的位置及航向，需要將數(shù)字方位進行調(diào)制，變換成模擬的差動方位信號，以提供給飛機的模擬航向位置指示器，指示飛機的航向信息。
在早期第一代導航設備中，采用大量分立元件和同步發(fā)送器、感應器、齒輪等機械傳動方式完成差動方位的產(chǎn)生。到了第二代導航設備，去掉機械傳動部分，采用大量的中、小規(guī)模數(shù)字及模擬集成電路，完全依靠硬件電路完成數(shù)據(jù)的運算和處理。以上兩種方式由于采用的元件數(shù)量多，并且有機械傳動裝置，因而存在較多的不可靠因素，且數(shù)據(jù)處理誤差大，受環(huán)境條件影響大。在現(xiàn)代無線電導航設備中，大量采用微處理器完成系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)計算，減少和取掉了許多中、小規(guī)模集成電路、分立元件等，計算精度及可靠性、穩(wěn)定性等都有了較大提高。

1 硬件設計
1．1 硬件原理
根據(jù)“差動方位=數(shù)字方位-磁方位”的關系，要得到差動方位，必須知道數(shù)字方位和磁方位，其中數(shù)字方位在導航設備中可從接收的地面信標臺的信號中解算而得到，而磁方位信息是由飛機輸入到導航設備的，它是X，Y，Z三相400 Hz交流信號，因此，首先將磁方位信號經(jīng)過交直流變換，使磁方位信號在交流基準信號(AC1．5 V／400 Hz)的作用下解調(diào)并轉(zhuǎn)換成直流電平，該直流電平隨著磁方位的不同而變化，再通過A／D轉(zhuǎn)換器將磁方位信號進行量化處理變成數(shù)字量。
將數(shù)字方位與數(shù)字化的磁方位進行計算得到數(shù)字化的差動方位，然后將數(shù)字差動方位通過D／A轉(zhuǎn)換器，在交流基準信號的作用下，調(diào)制轉(zhuǎn)換成X，y，Z三相400 Hz交流差動方位信號輸出。
1．2 電路的選取
根據(jù)信號處理的特點，為使硬件規(guī)模最小化，選取微處理器為C8051F041，其內(nèi)部包含64 kB的Flash，4 kB的數(shù)據(jù)RAM，多通道12 bit的ADC和雙通道的12 bit的DAC，內(nèi)部3～24．5 MHz可編程的時鐘源；運算放大器選取性能較好、低溫漂的OP11；由于輸出的差動方位為模擬信號，須驅(qū)動模擬表頭，需要的電流較大，采用大電流的運算放大器SFH51作為最后輸出。

2 硬件的實現(xiàn)
2．1 交直流變換及ADC
在C8051F041中有一多通道12 bit的ADC，將磁方位X，Y分別由模擬通道AIN0．0／AIN0．1輸入，基準信號由VREF’和VREFA輸入。MCU分時對X／Y兩路信號進行采樣、變換，電路如圖1所示。