1汽車電子轉(zhuǎn)速表、里程表是汽車儀表總成的重要部分，其產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響車輛的駕駛和安全性。以前此產(chǎn)品是用通用信號(hào)源進(jìn)行校驗(yàn)，多段頻率切換和幅值調(diào)整麻煩，效率低下，不能有效地適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求�，F(xiàn)開發(fā)的便攜式儀表總成校驗(yàn)系統(tǒng)一次能同時(shí)對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)及判斷其合格與否。汽車儀表總成由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、里程表、水溫表、油量表等及幾十個(gè)報(bào)警指示燈組成，汽車儀表總成校驗(yàn)的任務(wù)是對(duì)所有準(zhǔn)備出廠的儀表進(jìn)行一次全面的性能檢測(cè)，儀表所需的各種信號(hào)均由計(jì)算機(jī)控制供給，并對(duì)最后的結(jié)果自動(dòng)記錄在案。

　　用于校驗(yàn)汽車轉(zhuǎn)速表和里程表的頻率信號(hào)，方波／正弦波可選，頻率2Hz～20kHz可任意設(shè)置，精度0.1Hz，峰值0.5V～15V可任意設(shè)置。目前的汽車儀表校驗(yàn)系統(tǒng)大多采用各類成品信號(hào)板，集成在PC機(jī)上的PCI插槽或外部接口上，通過廠家提供的接口函數(shù)控制各類信號(hào)的輸出，這為設(shè)計(jì)大型儀表校驗(yàn)系統(tǒng)提供了極大的方便。但是，對(duì)于便攜式儀表檢驗(yàn)箱，要求重量輕，體積小，攜帶方便，其內(nèi)部不可能集成大量的各類板卡。為此設(shè)計(jì)了一款基于DDS技術(shù)的頻率信號(hào)發(fā)生器，精度高，體積小，成本低，可維護(hù)性好。

　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用單片機(jī)和CPLD控制DDS（直接數(shù)字頻率合成）芯片AD9850，產(chǎn)生檢驗(yàn)儀表所需正弦／方波信號(hào)，系統(tǒng)框圖如1所示。1中單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，由于DDS芯片AD9850產(chǎn)生各種頻率的正弦信號(hào)中含有豐富的高次諧波，設(shè)計(jì)一有源雙二階低通濾波器，在30kHz處產(chǎn)生產(chǎn)生－80dB的銳截止頻率特性，以輸出純凈的正弦信號(hào)。同時(shí)將低通的輸出送入AD9850內(nèi)部的比較器，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波。單片機(jī)控制多路選擇器，將方波或正弦作為DA轉(zhuǎn)換器AD7520的電壓基準(zhǔn)信號(hào)�，F(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件［3］CPLDEPM7064完成單片機(jī)與PC機(jī)、單片機(jī)與AD7520的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)AD9850片內(nèi)寄存器的地址譯碼和時(shí)序邏輯控制。

　　AD7520的輸出信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理和放大，成為峰值為15V的頻率信號(hào)，經(jīng)過甲乙類互補(bǔ)推挽功放電路，最終得到系統(tǒng)需要的各種頻率信號(hào)。

　　為保證信號(hào)在負(fù)載發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定的峰值和頻率，在放大電路中以及放大電路與功放輸出之間都加入了適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋。下面對(duì)設(shè)計(jì)中的主要問題分別予以介紹。

　　2.1AD9850的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

　　AD9850是AD公司生產(chǎn)的DDS芯片中應(yīng)用較為廣泛的一種，它有并行和串行兩種加載方式，并行方式比串行方式的加載速度快，本文選擇并行加載方式。AD9850的功能框圖如2所示。AD9850片內(nèi)包括高速DDS、10BitDAC、比較器、數(shù)據(jù)輸入寄存器及頻率／相位數(shù)據(jù)寄存器等，參考時(shí)鐘為DDS提供精確的時(shí)鐘，復(fù)位信號(hào)有效時(shí)，模擬輸出為恒定的cos0，頻率更新／數(shù)據(jù)寄存器復(fù)位與字加載時(shí)鐘配合，實(shí)現(xiàn)頻率／相位數(shù)據(jù)的輸入，使芯片輸出所要求頻率／相位的信號(hào)。

　　AD9850的頻率／相位控制字一共有40Bit，其中32Bit為頻率控制字，5Bit為相位控制字，1Bit是電源休眠控制，最后2Bit為工作方式控制。

　　AD9850并行方式加載頻率／相位控制字的各位分配表如1所示，并行加載時(shí)序圖如3所示。若輸出信號(hào)的頻率為fOUT，參考頻率為CLKIN，AD9850的頻率控制字為△Frequency，則三者之間的關(guān)系為：△Frequency＝（f OUT×2 32）／CLKIN（1）其中W0的Data～Data 5Bit用于相位控制，

　　則相位控制的精度為：△Phase＝360°／2 5＝11.25°

　�。�2）并行方式寫入過程如下：首先，CPLD控制FQ＿UD由高電平轉(zhuǎn)為低電平，AT89C51將數(shù)據(jù)W0輸出；之后，CPLD控制W＿CLK由低電平轉(zhuǎn)為高電平，再由高電平轉(zhuǎn)為低電平，此時(shí)寫完控制字W0，AT89C51按照寫入W0的過程，依次寫入W1，W2，W3，W4；最后，CPLD控制FQ＿UD，使其由低電平轉(zhuǎn)為高電平，完成40Bit數(shù)據(jù)的寫入，并將地址指針指向W0，為下次寫入頻率／相位制字作好準(zhǔn)備。

　　2.2CPLD內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)

　　為便于修改，節(jié)省電路板的面積和提高系統(tǒng)的可靠性，如4所示，采用了CPLD實(shí)現(xiàn)了如下任務(wù)：單片機(jī)與PC機(jī)之間的指令與數(shù)據(jù)傳輸；單片機(jī)與AD7520的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)AD9850片內(nèi)寄存器的地址譯碼和時(shí)序邏輯控制。

　　由于整機(jī)系統(tǒng)中采用了一塊AMPCI－7201IO卡，除做其他用途外，還有余量。為簡化設(shè)計(jì)，這里沒有采用通常的串口通信，而是直接采用單片機(jī)和IO卡通信，自定義了一套簡易實(shí)用的通信協(xié)議，保證單片機(jī)和PC機(jī)的正常通信。由于單片機(jī)是8Bit數(shù)據(jù)總線，各自設(shè)計(jì)了一個(gè)8Bit的輸入數(shù)據(jù)緩沖器和輸出數(shù)據(jù)緩沖器，為通信中的指令或數(shù)據(jù)提供寄存。為保證信號(hào)峰值的精度，系統(tǒng)中采用了10BitDA轉(zhuǎn)換器，為此設(shè)計(jì)了高2Bit數(shù)據(jù)寄存器和低8位數(shù)據(jù)寄存器，分時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)緩沖器或寄存器都通過唯一設(shè)置的數(shù)據(jù)接口與單片機(jī)交換，以保證速度和邏輯上的匹配。地址／邏輯譯碼單元為輸入／輸出數(shù)據(jù)緩沖器提供使能信號(hào)，為數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)寄存器提供地址信號(hào)，為DDS芯片AD9850提供并行裝載的時(shí)序邏輯信號(hào)。

　　2.3單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

　　由于采用了CPLD實(shí)現(xiàn)了部分處理功能，單片機(jī)的主要任務(wù)是控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作和數(shù)據(jù)處理，準(zhǔn)確無誤地接收PC機(jī)發(fā)出的各種指令和數(shù)據(jù)，根據(jù)具體地指令要求處理接收到的數(shù)據(jù)，通過CPLD控制AD9850達(dá)到精確調(diào)頻的目的，控制AD7520達(dá)到精確調(diào)幅的目的。按照自定義的通信協(xié)議的要求，整個(gè)程序設(shè)計(jì)成一個(gè)無限循環(huán)，程序的主要流程如5所示。初始化部分涉及到特殊功能寄存器和片內(nèi)外設(shè)的初始狀態(tài)設(shè)置，禁止AD9850的信號(hào)輸出，禁止AD7520的信號(hào)輸出，關(guān)閉各通道繼電器，以保證系統(tǒng)上電后在沒有操作之前，不會(huì)有信號(hào)對(duì)儀表產(chǎn)生任何影響。在單片機(jī)和PC機(jī)建立正常通信后，單片機(jī)根據(jù)接收到指令和數(shù)據(jù)完成相應(yīng)的處理和控制。由于將直流電壓的D／A和A／D部分電路也設(shè)計(jì)在電路中，因此程序中也考慮到直流部分的信號(hào)處理。

　　3系統(tǒng)集成與測(cè)試

　　單片機(jī)部分程序用C51在WAVE6000環(huán)境下編寫，PC機(jī)部分應(yīng)用程序用C＋＋在VISUALC＋＋6.0環(huán)境下編寫，CPLD內(nèi)部邏輯用VERILOG＿HDL和原理圖混合的方法，在MUXPLUSII環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。

　　【中國糧油儀器在線】部分信息來自互聯(lián)網(wǎng)，力求安全及時(shí)、準(zhǔn)確無誤，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)對(duì)其觀點(diǎn)贊同或?qū)ζ湔鎸?shí)性負(fù)責(zé)。