模拟接口（精选4篇）
模拟接口 篇1
从FM到SSB拓展你的卫星的业务,为你的技能增添新的维度
现在越来越流行操作FM业余卫星, 也就是太空中的中继台。仅需使用常见的双段调频手台、简单的定向天线,以及多多实践监听,你也可以很方便的连接业余卫星。然而有时FM鸟也会变成连接成功的受害者。高轨道的卫星数量不断下降,单通道中继器导致了卫星转发的过度拥挤和激烈竞争,这让许多喜欢操作FM卫星的人边缘化,特别是使用低功耗和便携式电台的人。
拓展你的卫星操作
一种能替代FM中继卫星的宽带模拟卫星,可以转发SSB与CW信号的完整子带。这种卫星和普通的中继卫星有同样的功能,并且代替了使用单通道的转发器技术,在一个更宽的频率波段发射,同时多个连接可以被同步发送(每个信号共享可用带宽和卫星的RF输出)。转发器与SSB/CW的使用,而地面的接收电台需要更加精确的接收频率,然后准确追踪多普勒频移——这一切都在地面上完成。
软件把这一切汇集在一起
目前的卫星追踪软件不仅能追踪位置,而且还可以对无线电台进行调整,以提供多普勒频移频率校正(计算机辅助调谐简称CAT)。如果它有帮助,就不必让卫星来操作了。 然而,在发送(全双工)时能不能听到下行链路,对于使用模拟卫星通联是至关重要的。宽带模拟卫星替代FM卫星有许多功能,他们没有得到充分利用。当我一直在和我自己说话的时候模拟鸟有很多通道,然而我却在下一个FM卫星通过时无法插嘴。这是为什么呢?
我想答案包括:
缺乏现成的(功能的和负担得起的)所有模式,双波段VHF / UHF,全双工电台。
一旦在设备上投资,就需要更多技巧和多次实践来操作模拟卫星。顶上的图是指导老师Matt Severin,N8M,正在通过宽带卫星通信。
分解一个昂贵的全双工无线电, 得到两个全波段收发器(或一个转换器,使下行链路与HF设备结合,得到IF),一个用于上行链路,另一个用于下行链路从而实现全双工。诚然,这是一个昂贵的选择。
接口带来的一切
经过这漫长的介绍,终于该说说这篇文章的重点了。接下来会介绍一个接口,你可以通过它使用全模式VHF /UHF单工电台来操控模拟卫星。而电路和软件是为一个特定无线电(非常流行、紧凑、多模式的八重洲FT-817 HF/VHF/UHF便携式收发机),以及卫星跟踪软件包(Sat PC3) 制作的。它是作为一个可以适用于其他的电台和其他跟踪软件的例子——只给制作者留下了无限遐想。这个接口项目是全双工模式收发器连接的最终选择,虽然不是最好的,但能让你对模拟卫星的探索变得经济实惠。
首先选一个电台
我评估了许多电台的适宜性,是之前发展ARRL教育和太空技术项目教师委员会2(TI-2),老师们把太空科技带进课堂时使用的电台,最合适的设备FT - 817。这是一个比较实惠的低功耗、全波段、全模式的收发器,可用电池供电或者使用固定电源。这个电台最吸引我的地方是它可以在所有的模式下操作,具备多频率功能(双VFOs),能够CAT控制,覆盖VHF和UHF频段。然而,它并不是一个全双工电台。
显然,对这个电台好评的不只一个人,因为有很多卫星爱好者都使用这个装备(有的人用两个FT-817允许全双工操作)。在TI-2期间,老师使用FT-817来复制Cube Sat卫星转换的CW遥测,来监听模拟卫星以及通过FM卫星进行通信。
然后选软件
我在TI-2选择的卫星追踪软件是Sat PC32(还有很多其他同样功能的软件包),这个我自己也在用。Sat PC32追踪想要监控的卫星的位置;发送天线方向定位命令, 这可以用一种旋转器控制接口使定向天线指向卫星(有很多旋转器控制接口电路已经上市了);发送无线电专用CAT命令,调整连接的电台的工作频率,保持这些频率在多普勒校正轨道上。
听起来Sat PC32应该能够让一个非全双工收发器来操作模拟卫星。我发现单FT-817与Sat PC32的结合在某些方面还是有缺陷。当更新接收和发射频率时,Sat PC32在电台的VFO A和VFO B功能之间切换。这使得电台无法使用了。 因为频率更新是不顾电台PTT现状的,也有可能的情况是当接收器在VFO状态时,为了接收,操作员会按下发射键。如果这样做可能会弄坏接收前置放大器。Sat PC32可以同时控制两个电台,所以它能和两个FT-817完美工作,一个上行,一个下行。但如果只有FT-817就不起作用了。
进入Sat CAT控制接口
这里所说的FT-817 Sat CAT控制接口(图1)是设计来拦截Sat PC32发送的无线电调谐命令,只允许在接收模式下接收频率更新来传递给收发器,当设备在发射时,只通过更新发送频率。这可以防止再接收的同时VFO和VFO B之间的不断切换,使接收正常,防止在连接过程中接收频率的无意发射。接口由硬件和软件两部分组成。
控制接口硬件
接口硬件(图2)基于PIC16LF1827微控制器。该装置具有USART功能,使得它很容易连接到其他设备的串行控制器。电脑运行的Sat PC32输出在串行RS232电平 (±12 V) ,而PIC16LF1827的输入在晶体管逻辑 (TTL) 电平(3.3V),所以电平转换是必需的。这由2N3904 NPN晶体管和限流电阻来完成。 FT-817的CAT输入是TTL电平,因此PIC和电台ACC连接之间没有必要转换电压。有许多LED指示灯安装在板上在电路图中做标记,为了让操作员更方便以及操作和模式验证。该电路的PTT开关是用来代替在FT - 817麦克风话筒PTT开关。
C1、C2:1μF, 50V 电解电容 D1~D5:LED J1:9-pin D-sub 插口 P1:匹配电台 ACC 插口的插头 Q1:2N3904 或等效晶体管 R1、R2:1kΩ, 1/4W 的电阻 U1:MCP1702 3.3V 稳压 IC U2:PIC16LF1827 微控制器
控制接口软件
这个项目的重点在于微控制器软件。这个项目的微控制器软件是用C语言编程,可以在QST-in Depth网站下载或者在作者的邮件中请求1。在讨论微控制器软件的逻辑之前,Sat PC32的CAT输出指令格式就绪了。这是个好时间来翻出FT-817的操作手册,看看70-73页。(将这个项目与不同收发器相匹配的人一定要学习一下你的特定电台CAT命令格式以及创始软件的匹配。)
用电脑来控制FT-817,特定格式的特定命令必需由电脑通过CAT接口传送到电台ACC插孔。八重洲接口是CT-62型——基本上是一个在RS232和TTL电平之间的电压电平变换器。这些命令包含在一个带有在用户指定的传输速率下,单个字节先发送LSB,后发送MSB功能的5字节结构中(这个接口基于9600波特率)。指令结构的前4字节是参量(如频率设置这样的数据),最后一个字节是实际指令操作码,如表1所示。
参数的十进制值与含有第一个十进制数字(0-9)的第一点(4位)字节,构成了二十进值(BCD);字节的第二点包含第二个十进制数字。两个点的结合,一字节, 依次转换为用于传输的单独的十进制值。 这可能会吓到计算机新手,我的观点是想说明这会花费一些精力和研究来理解控制软件与电台所用的格式。
举个例子。假设控制软件网电台发送435.345 MHz的频率,开头两位数字(43) 转换成BCD。4的二进制码是0100,3的二进制码是0011,把第一个十进制数字放到高位组,第二个十进制数字放到低位组,就得到字节0100 001或十六进制的0x43或十进制的67(0x## 表示十六进制)。你可以用科学计算器,是Windows的附带工具,可以在几个进制间转换。我一直都在用。
这个项目与FT-817格式有关的例子在表2。到电台的频率设置命令格式是P1: P2: P3: P4:01,0x01是设置频率的十六位进制码。
这个项目中需要用来控制FT-817的另外几个相关命令是TOGGLE VFO, PTT ON和PTT OFF。
现在来看看从Sat PC32传到FT-817的命令设置。表3为例子。
要注意程序命令收发器切换VFO然后才发送频率,还有其他命令设置操作模式。这就是为什么Sat PC32与单一的FT-817运行得不好。所有的命令使得接口软件复杂化。 给有些年头的八重洲电台发送命令,比如FT-736,类似于给FT-817设置的命令,但是更简单。如表4。
在这种情况下,Sat PC32软件只发送交替传送和接收频率,不发送切换VFO的命令(这是因为FT-736是早期的卫星收发器,有全双工功能且带有两个VFO,所以没必要进行切换)。你可以抽取Sat PC32的命令程序终端,如超级终端或Putty,但你需要再编号系统之间做一些转换。 由Sat PC32转换的命令为十进格式。数字1实际上是1的十进制,数字127实际上十进制为127。
终端程序使用ASCII格式来表示所发送的字符。所以在超级终端屏幕上显示数字1,发送系统需要发送ASCII呈现的数字1,ASCII码值为49,而不是十进制值1。要显示十进制值127,发送系统不得不发送ASCII呈现的十进制数1、 2和7,ASCII码分别是49、50和55。为了捕捉上面显示的Sat PC32命令,我专门撰写了PIC程序致力于把发送到超级终端的十进制值翻译成ASCII。
通过软件通联
接口的PIC软件加载到微控制器的运作过程是这样的:
确定操作模式取决于接口模式切换的设置,或U/v (UHF上行链路 /VHF下行链路 ) 或V/u (VHF上行链路 /UHF下行链路 )。
等待从Sat PC32命令读取有效频率。
根据情况为VHF和UHF把频率储存为临时变量。
检查接口板PTT开关的状态。
如果PTT开关打开(接收模式), 发送相应的接收频率到FT - 817(取决于模式开关)。
a(1) 回到第一步。
如果PTT开关闭合(电台切换到发送模式),发送一个命令切换VFO然后发送相应的传输频率到FT-817。
发一个命令让FT-817开始发送。
保持发送模式直到PTT按钮松开。
回到第一步。
这个步骤看起来会比较复杂,但如果你花点时间去思考你是怎样手动操作电台的,这就是你要做的步骤。要让计算机为你做这样的工作,你只要把你要做的事翻译成电脑能读懂的命令。
接口连接
接口从FT-817 ACC接口取电。这个电流源始终开着, 不被设备的电力转换控制。因为接口没有开关,只要插入FT-817它就有电流。要注意这一点,不用的时候就不要把接口插入到电台了,否则会耗尽电台的电池。使用一个标准的USB串口转换器连接电脑USB端口, 把FT-817 VFOA (RX) 和VFOB (TX) 为你要将要使用的卫星设置到正确的波段和模式。为了卫星设置正确的模式,要么V/u或U/v。
SatPC32的设置
用八重洲FT-736在Sat PC32电台设置界面如图3所示,为计算机设置选择合适的串行端口。如图4选择9600波特率,确保FT-817的CAT波特率也设置为9600。在菜单栏点击CAT把SSB/CW和FM的区间频率设置为0,并保存。此外,选择X10的Speed(图5)。这些设置能让接口在操作期间变得更灵敏。但是Speed设置在每次Sat PC32发射时都没有保存,所以每次启动程序时都要重新设置。如果忘记了,接口会变得迟缓,虽然也能操作。当你想用Sat PC32控制FT-817时, 点击Sat PC32菜单栏左上角的C图标。
电台操作
Sat PC32应该开始为选定的卫星更新频率了,数据LED灯会随着频率的更新闪烁。根据Sat PC32显示的箭头上下来调整电台频率,不是按照收发器的主调谐旋钮(如图6), 这可能要慢慢适应。开始用总调谐的高赫兹间隔,然后过渡成低赫兹调谐来进行微调。当使用接口来控制电台时,新的开普勒数据更为关键,这样就不会听到由于频移造成的数据流失和计算机时钟不准确造成的下行补偿。
当电台根据Sat PC32箭头调整到所需的接收频率时,程序将计算适当的上行频率。一旦你有了接收频率,用FT-817 RIT调节器对接收机频率进行微调,使信号更清晰,对多普勒频移的小调整进行补偿。
想发射时就按下接口板的PTT开关,不是麦克风上那个(接口不显示麦克风上的PTT开关专题)。PIC切换到VFO略有延迟,所以要在钻机进入发送模式前设置好发送频率。因为设备在发送模式时FT-817不支持CAT频率调整,保持传送简短(这通常不是卫星连接的问题)。传输完成时,释放接口板上的PTT开关,回到接收模式。 Sat PC32与接口的组合会回到设备接收适当的VFO和适当的多普勒调整接收频率。
总结
理想情况下,操作模拟卫星,你会想要一个全双工电台,这样你就能在传输时监控下行频率来追踪多普勒频移。这里所说的接口,并不是用来操作非全双工电台的理想解决方案,只能帮你用全双工电台操作模拟鸟,在这种情况下FT-817才能被Sat PC32控制。接口概念作为一个模型,可以适应其它电台和卫星追踪软件。卫星上见。
模拟接口 篇2
随着工业自动化制造装备数字化和网络化的发展, 现场总线技术以其高度的开放互联性、简化的分布控制性和可靠的环境兼容性等技术优点, 得到了装备制造商的广泛接受。目前很多旧数控机床经常因为数控系统老化故障或者与新的控制系统的总线接口不兼容导致性能下降、生产效率降低。因此必须对机床进行数字化改造。然而机床的模拟伺服驱动装置、伺服电机和主轴电机以及机床的机械结构均性能良好。为了充分利用现有的设备资源, 节约改造的成本, 就必须设计一个现场总线信号与传统模拟信号的转换接口模块。
本设计结合旧数控铣床的实际改造项目, 开发了一种基于SERCOS总线的模拟驱动接口模块, 该模块可以接收力士乐数控系统Indra Motion MTX发出的SERCOS总线数字指令信号, 并转换成±10V的标准模拟量控制信号, 用来控制西门子611A模拟伺服驱动器, 该模块对SERCOS现场总线在工业现场的推广应用具有重要意义。
1 SERCOS总线简介
SERCOS (Serial Real-time Communication Specification) 总线常用于工业控制系统中连接上位控制单元和伺服驱动单元进行实时数据通信, 该总线协议详细的定义了物理层的拓扑结构、收发线路和NRZI编码格式以及数据链路层的数据帧结构等内容, 使用户能方便的操作控制系统、伺服驱动器和可编程控制器等自动化机械装备。因此在数控机床和各种数控机械设备中获得了广泛的应用。SERCOS总线的传输介质采用双向光纤, 通讯速率高, 实时性强, 因而特别适合于多轴同步运动控制。和其他总线相比, SERCOS总线具有以下优势:
1) 数据传输性能高, 其有效数据的传输效率可与100M以太网相媲美;
2) 采用光纤连接, 消除了电磁干扰, 传输距离远;
3) 具有很高的同步精度;
4) 可自行诊断故障信息, 方便用户安装和维修。
2 硬件设计
2.1 硬件系统总体设计
本文设计的模拟驱动接口模块采用SERCON816芯片作为SERCOS总线接口控制器, 实现SERCOS总线接口的物理层和数据链路层等底层通信协议。采用TLV5614芯片作为数模转换器, 实现数控系统控制指令到机床各轴伺服驱动装置模拟量控制信号的转换。采用TMS320F28335芯片作为微处理器, 对S E R C O N 8 1 6 芯片和TLV5614芯片进行数据读写和控制。硬件系统总体框图如图1所示。
2.2 SERCOS总线接口电路设计
S E R C O N 8 1 6 总线接口控制器是继SERCON410B之后的新一代SERCOS接口控制芯片, 由于采用了新的制造工艺, 其实时通信速率大幅提高至16Mbps。本文采用16位数据总线接口与TMS320F28335连接, 地址总线采用12位, 可寻址芯片内部2K×16位的双口RAM。同时将六路TXD信号并联, 以提供最大的输出功率适应各种材质、长度的光纤。
TMS320F28335接收来自SERCON816的中断信号, 并通过地址总线、译码控制电路和数据总线对其进行控制。由于SERC0N816电源电压为5V而TMS320F28335的总线电压为3.3V供电, 所以采用74LVC164245和74LV245芯片实现总线隔离、驱动和电平转换。本文将双口RAM映射到TMS320F28335存储空间的0x82000~0x82fff地址, 将128字的控制寄存器映射到TMS320F28335存储空间的0x83000~0x8307F地址。
2.3 D/A电路设计
由于原来的数控铣床需要控制X、Y、Z三个进给轴和一个主轴, 因此选用4通道的TLV5614芯片作为数模转换器。该芯片转换时间为3µs~9µs, 分辨率可达12位, 可通过标准的四线SPI串行接口与TMS320F28335通讯。芯片采用数字电源和模拟电源两组相互独立的电源供电, 输出为轨到轨输出的电压信号, 其输出电压幅值由公式 (1) 给出:
其中, VR E F是参考基准电压, C O D E是在0~4095范围内的12位DAC输入值。
本文采用参考基准电压2.5V、电源5V, 由公式1可得DAC的输出电压为0~5V。由于模拟伺服驱动装置的控制电压为-10V~+10V, 因此还要通过调理电路对输出电压进行偏置放大以达到输出双极性信号的要求。最终共输出4路模拟信号用于驱动X、Y、Z三个进给轴和一个主轴。
3 软件设计
3.1 总体框图
本文设计的模拟驱动接口模块软件部分主要包括:TMS320F28335初始化模块、SERCOS初始化模块、非周期性数据传输模块、周期性数据传输模块、DAC处理模块等。TMS320F28335初始化模块主要完成TMS320F28335芯片的系统配置以及外设、中断向量等的初始化设置;SERCOS初始化模块主要完成SERCON816芯片的内存初始设置和通讯初始化;非周期性数据传输模块主要是响应来自数控系统的数据读/写请求, 打开服务通道, 完成控制参数和过程命令的非周期性传输;周期性数据传输模块在定时中断中完成, 用于读取周期指令值和写入周期反馈值;DAC处理模块主要通过TMS320F28335与TLV5614的SPI通讯, 完成周期指令值的输出。主程序流程如图4所示。
3.2 SERCOS初始化模块
要建立数控系统和模拟驱动接口模块之间的通讯链路, 必须正确初始化S E R C O N 8 1 6 芯片。 主要包括控制寄存器初始化、 双口R A M初始化和通讯初始化。本接口模块中主要系统参数配置为:使用服务通道1、工作时钟频率 (16MHz) , 数据传输率 (2Mbps) , 阶段0~阶段2的通讯周期 (1000μs) , 阶段3~阶段4的通讯周期 (8000μs) 。在阶段0~阶段2, 输出信号CON_CLK在每个通讯周期开始后 (MST之后) 的200μs~490μs时间段内变为高电平;在阶段3~阶段4, 输出信号CON_CLK在每个通讯周期开始后 (MST之后) 的1000μs~2500μs时间段内变为高电平。SERCON816初始化程序的流程如图5所示。
3.3 DAC处理模块
TLV5614的通过编程16位的寄存器对芯片进行控制, 其中第15位和第14位用于选择DAC的4个通道, 第13位为转换模式位, 第12位为状态位, 第11位到第0位为12位的DAC输入值。对于每一次完整的DA数据传输, 首先将片选信号CS从高电平变为低电平, 然后将帧同步信号FS从高电平变为低电平开始传输数据, 接着串行时钟信号SCLK每产生一个下降沿就从数据输入信号DIN传输一位数据直至连续传输完16位数据, 最后将帧同步信号FS变为高电平, 芯片将16位数据锁存后进行DA转换并输出。其控制时序如图6所示。
4 结束语
应用本设计的模拟驱动接口模块和Indra Motion MTX数控系统对旧数控铣床改造后, 机床的各项性能指标均有大幅提升, 数字化功能更加完善, 可以方便地与工厂的网络管理系统进行互联, 实现了高质高效的生产加工。同时本文为模拟伺服驱动的老旧设备改造提供了一种新思路。如印刷纺织等行业中的无轴传动和多轴同步控制设备, 只需更换新的运动控制系统和模拟接口模块即可直接驱动原来的模拟伺服驱动器和设备机械, 因此具有非常高的应用推广价值。
摘要：SERCOS总线是一种广泛应用于数控机械装备的现场总线, 选用SERCON816总线接口控制器、TLV5614数模转换器及TMS320F28335控制器, 通过合理设计其接口电路并进行初始化设置和程序编写, 实现了SERCOS现场总线信号与传统模拟信号的高速转换并在旧铣床数控改造中成功应用。为相关行业模拟伺服驱动的老旧设备改造提供了一种新思路。
关键词：SERCOS总线,模拟驱动,机床改造
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模拟接口 篇3
作为一名计算机教师, 在讲授这门课程时, 应该着重考虑课程在讲授时如何与工程实践相结合, 在结合过程中怎样联系有关知识并将其有机整合, 如何增加课程的创造性和趣味性, 最大限度地调动学生的学习热情, 下面我结合微机中用定时器/计数器8253芯片模拟电子琴的实验案例进行具体分析。
首先是实例的选取。对8253来说, 该芯片用途比较广泛, 所以在与工程实践相结合时, 供选实例比较丰富。我们选取模拟电子琴实例, 一方面因为该实验能把我们的电脑变成一台电子琴, 可用键盘弹奏出美妙的音乐, 这样的实验趣味性较强又与知识结合紧密, 寓教于乐, 可有效调动学生的积极性和参与热情, 激发他们的学习兴趣;另一方面, 该实验可利用我们现有的微机 (台式机或笔记本电脑) 来实现, 便于就地取材, 并且该实验还涉及到以前学过的并行接口芯片8255以及微机内部的硬件结构及线路连接, 可以联系前面所学的相关知识, 并将其有机整合。由于该实验是辅助教学的, 为避免过于复杂, 我们在具体实现时是要求按下键盘的数字“1、2、3、4、5、6、7”键时, 使计算机发“哆、来、咪、发、少、拉、西”音, 按下C t r l+C键结束程序。
明白了实验目的和内容后, 下面就该进行实验原理的讲解了。这里要注意, 许多教师在讲授具体的实验原理时, 只是对主要内容做大体介绍。实际上, 对原理的讲解远非如此, 它应该是在介绍性描述的基础上, 对知识做进一步的拔高和提升, 而且还应该把与本实验相关的其他内容也包括进来并与实验的主体知识进行有机整合, 使学生通过做实验把一个个孤立的知识点连成一片, 在脑海中构筑起一个知识架构, 并且明晰各个知识点在该架构中的连接关系和各自地位。这样, 引入实例教学才能学有所获, 做有所得。
仍然回到我们这个案例中来, 对实验原理进行描述。先探讨硬件电路连接, 电路原理图 (也是微机内部真实的发声电路图) 如下所示:
可以看到, 该实验用到了8253芯片中的定时器/计数器2#, 其C LK2端在微机内部已固定接好频率为1.19MHZ的方波信号 (由系统自动提供) , 计数控制端GATE2接至8255芯片的PB0端, 计数器输出端OUT2通过一个与门接至喇叭的驱动电路, 与门的另一个输入端与8255的PB1相连。芯片中其它引脚与CPU对应引脚相连。至此, 实验电路图描述完毕, 下面开始进行深度分析:我们知道, 音调的大小是由声源的振动频率决定的, 频率越大音调越高, 频率越小音调越低。由于OUT2接至喇叭驱动电路, 其输出信号直接驱动喇叭发声, 所以OUT2的输出频率就是喇叭的发声频率。通过让OUT2输出不同频率的信号, 就可以使计算机喇叭发出不同音调的响声。那么同时接在与门另一输入端的PB1起什么作用呢?通过研究电路可以看出:若8255PB1输出为1, 与门被打开, OUT2输出的频率信号能通过与门到达喇叭的驱动电路, 使喇叭发声;若此端输出为0, 就会将与门封锁, 驱动信号过不去, 喇叭就不会发声。所以, 8255的PB1端就好比是喇叭的开关。
原理分析透了, 下面我们就可以具体实现了。先看我们所要求的7个音符的发声与所需频率的对应关系:“1” (音哆) —2 6 2 H Z, “2” (音来) —2 9 4 H Z, “3” (音咪) —3 3 0 H Z, “4” (音发) —3 4 9 H Z, “5” (音少) —3 9 2 H Z, “6” (音拉) —4 4 0 H Z, “7” (音西) —4 9 4 H Z。这部分内容实际只涉及到了物理声学及相关音乐的一点基础知识, 可以查找相关资料, 获取并不困难。知道了各音的具体频率, 下一步就是如何让O U T 2输出这些频率了。如何输出, 涉及到8253自身的工作方式, 这样自然而然地就把实验与相关知识衔接起来, 同时, 也能使学生对知识如何去用有更切身的体会。我们知道, 8253内部的计数器都有6种不同的工作方式, 其中的方式3输出的波形高低电平对称, 谓之“方波”, 波形最为均匀和稳定。因此, 我们把减计数器2#设定为工作在方式3 (可通过控制字设定) 。它的工作过程是:写入计数初值后, 在C L K端计数脉冲的作用下, 计数值不断减1, 从初值减到一半这段时间区间内, O U T端输出高电平, 再由一半减到0这段时间区间内, O U T端输出低电平, 高低电平长度相等 (计数初值若为奇数, 则高电平比低电平多1, 近似相等) , 然后计数初值自动重装, 开始新一轮的计数。由于微机中8255的减计数器2#其CLK2端已固定接好频率为1.19MHZ (即1190000HZ) 的方波信号, 所以要控制其输出端OUT2输出不同的频率只能通过写入不同的计数初值来实现。关系式为:C L K 2端的输入频率÷OUT2端的输出频率=计数初值。这样我们就可以算出对应不同音调频率的计数初值。以“1”音为例, 它对应的计数初值为1190000÷262=4542, 同理可求得音符“2”~“7”的计数初值分别为:4048, 3606, 3410, 3036, 2705, 2409。我们只需要对8253进行编程, 将这些计数初值送入计数器2#的初值寄存器中, 就可以使OUT2端输出不同的频率信号了。
明白了工作原理, 分析了实现方法, 下面进行程序设计就是水到渠成的事情了。在实际教学中, 我们发现, 学生最怕的就是对接口电路进行编程。实际上, 并不是编程所需的程序语言学生没掌握, 而是他们根本就不知道如何下手, 怎样去编。这种状况实际上还是源于学生对原理性的东西没有吃透, 编程思路不清晰所造成的。教师通过大量细致地讲解, 从总体到细节一一分析透彻, 尤其是一些关键点怎样由程序来实现都需要交代清楚并使学生真正弄懂, 这样才能帮助他们克服畏惧心理, 学会编程入手的方法。下面我们给出具体的汇编程序代码, 通过注释可进一步明晰编程思路。
程序编好后, 编译, 连接, 运行, 即可实现电子琴效果。学生可以在计算机键盘上弹奏出美妙动听的音乐, 这样学习兴趣和热情自然就高。通过该实验可以让学生对所学知识有更进一步的理解, 对知识的应用有更进一步的体会, 从而可以站在一个更高的层面上认识所学的知识。比如此例实际上就是从定时、计数问题中派生出来的, 把计数和定时联系起来, 就会引出频率的概念, 由频率又可以引出声音。如果不仅考虑音调的高低, 还考虑发声所占时间的长短, 就会产生音乐。这样我们还可以指导学生自己思考, 对程序做进一步的延伸, 比如让喇叭发出更多的音并且可控制音长, 从而进一步完善电子琴的功能。
综上所述, 可以看到, 在接口课程的实际教学中, 结合实例进行讲解比纯理论的“天马行空”更能实实在在地将理论知识落到实处, 使学生更加明晰知识的来龙去脉以及与工程实践相结合的情况。知道了知识的用处再去进行深刻的钻研, 既有任务驱动的实效性又具切身体会的真实性, 使学生不再把接口课程看作是枯燥空洞的无味课, 而是与实际联系密切, 学有所用的趣味课。当然, 这里面对实例的精挑细选也是一个很重要的环节, 要选那些与实际应用结合紧密, 对学生理解知识有较强启发作用的实例, 当然, 能兼具一定的趣味性更好。本案例虽然主要针对8253芯片, 但这里面所蕴涵的教学思想和方法同样也适用于其他接口知识的讲解。我相信, 只要我们共同努力, 勇于探索, 勤于挖掘, 就一定能把《微机接口技术》变成学生最喜欢的课程。
摘要：微机接口课程以介绍各类接口芯片为主, 理论性与实践性俱强, 内容枯燥, 学生学习起来比较困难。基于此特点, 教师在讲授该课程时引入实例教学凸显其重要性。但是在实施过程中, 有许多具体的方面和环节需要注意。为了让理论更好地与实际联系, 并将遇到的一些问题妥善处理, 论文从微机模拟电子琴实验这一案例出发, 系统深入地介绍和分析了实例引入教学的具体操作过程, 以期对广大教师有一定借鉴意义。
关键词：实例教学,微机接口技术,微机模拟电子琴实验
参考文献
[1]孙琦.微机接口技术[M], 第1版.北京:中央广播电视大学出版社.2000;138-140
模拟接口 篇4
卫星信号模拟器用来模拟产生实际接收到的卫星信号, 从而节约高动态接收机的测试研发成本, 以及为接收机测试提供可回放的稳定信号源。卫星信号模拟器研制难点主要集中在卫星和用户相对运动产生的多普勒频率的模拟和用户实际运动轨迹及所处场景的模拟以及接收时刻卫星信号状态参数的准确模拟。本文重点研究多普勒频率的模拟方法和实际DSP与FPGA之间的接口设计细节, 并从整体上系统地实现了模拟器的开发与验证。
2 系统总体方案设计
由于模拟产生卫星信号时需要大量的浮点运算以及多通道的特性, 所以采用“DSP+FPGA” 架构实现卫星信号模拟源。 数字信号处理器 (Digital Signal Processor, DSP) 采用TI公司高速浮点型处理器TMS320C6713B, 现场可编程阵列 (Field Programmable Gate Array, FPGA) 采用ALTERA Cyclone Ⅱ EP2C70F672C8 芯片。DSP作为信息处理部分用来实时产生卫星信号的状态参数、控制参数和导航电文, FPGA作为信号处理部分并行处理多颗卫星数据并生成GPS中频卫星信号。如图1 所示。
3 DSP模块载波控制字和码控制字的计算方法
系统中, 由于卫星和用户的相对运动产生的多普勒频率影响接收机的捕获跟踪性能, 通常模拟源采用载波和码控制字的变化来模拟多普勒频率, 所以本部分重点介绍控制字的计算方法。
根据载波和码NCO原理, 频率控制字的计算方法为求出两个相邻采样点时刻的相位差, 该相位差值就是NCO每次所要累加的控制字。实际计算过程如下:
(1) 计算初始载波控制字和码控制字
其中, 为中频信号频率, 为C/A码速率, 为采样率, 载波NCO和码NCO相位累加器位宽为32 位。
(2) 分别计算相隔时间T的码传播时间和载波传播时间, 记为carrier_old和carrier_new, 以及code_old和code_new, 传播时间由迭代算法根据各自延时模型计算, 则所要修正的控制字为
然后更新carrier_new为carrier_old和code_new为code_old。则DSP中所要发送给FPGA的控制字为:
(3) DSP接收FPGA定时中断信号, 在中断程序中重新计算新的载波和码传播时间carrier_new、code_new, 重复 (2) 中的过程计算新的控制字发送给FPGA。
4 DSP与FPGA的接口与数据交互
4.1 DSP与FPGA的接口
DSP与FPGA的数据传输是通过EMIF接口实现的, EMIF是External Memory Interface (外部存储器接口) 的简称。
DSP EMIF接口的数据总线ED和地址总线EA以及读写控制信号连接到FPGA IO口。FPGA挂接在DSP EMIF CE2 空间, 该空间配置为32 位异步存储器器件, DSP读写FPGA时按照异步读写时序的要求进行。如图2 所示。
4.2 DSP与FPGA的数据交互
DSP向FPGA写数据时, FPGA通过检测地址线来区别不同类型的数据;DSP读FPGA的数据之前, FPGA应该提前准备好数据到数据总线。如表1 所示。
在DSP中, 根据本地时间和卫星信号传播时间得到信号的发射时刻, 从而求出发射时刻卫星信号的状态, 包括导航电文起始比特bit、导航电文起始比特所对应的ms数、初始码相位等, 这些状态参数和载波控制字、码控制字、导航电文一起发送给FPGA, FPGA根据这些状态参数和控制参数生成相应频率的C/A码和载波, C/A码与导航电文进行扩频调制然后和载波进行BPSK调制生成GPS中频信号。
5 测试结果
本设计通过射频模块发射了5 颗GPS卫星信号, 可用GPS接收机进行捕获跟踪定位。
使用GPS接收机捕获结果如图3 所示。
中频为1.405MHz, 从上图可以看出我们所模拟的5 颗卫星全部被捕获到, 这5 颗星都有一定的多普勒值是因为卫星与用户之间的相对运动造成的。
定位结果如4 所示。
从图中可以看出高度和实际位置有一定的偏差, 主要是由于硬件产生的卫星信号不可避免受到很多干扰, 开发板所用的晶振为温补晶振, 随着时间变化输出不同的标称频率, 影响信号C/A码和导航电文对齐, 从而影响卫星信号定位结果。
摘要：随着4大卫星导航系统的日益增强, 卫星信号接收机也在快速发展, 卫星信号模拟源的研制开发也随之越来越重要。文中介绍了基于“DSP+FPGA”架构的GPS卫星信号模拟源, 可模拟产生多颗卫星信号, 并详细描述了模拟源DSP算法中载波和码控制字计算部分, 以及DSP的接口设计。文末给出了GPS信号源的定位结果及定位误差, 验证了信号源设计的正确性。
关键词：GPS,DSP,控制字,卫星模拟源
参考文献
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