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據，數字化的方位和距離信息可直接在數字指示器上顯示。為了更直觀地反映和觀察飛機的位置及航向，需要將數字方位進行調制，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)模數字及模擬集成電路，完全依靠硬件電路完成數據的運算和處理。以上兩種方式由于采用的元件數量多，并且有機械傳動裝置，因而存在較多的不可靠因素，且數據處理誤差大，受環(huán)境條件影響大。在現代無線電導航設備中，大量采用微處理器完成系統的控制和數據計算，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“差動方位=數字方位-磁方位”的關系，要得到差動方位，必須知道數字方位和磁方位，其中數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)的作用下解調并轉換成直流電平，該直流電平隨著磁方位的不同而變化，再通過A／D轉換器將磁方位信號進行量化處理變成數字量。
    將數字方位與數字化的磁方位進行計算得到數字化的差動方位，然后將數字差動方位通過D／A轉換器，在交流基準信號的作用下，調制轉換成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，其內部包含64 kB的Flash，4 kB的數據RAM，多通道12 bit的ADC和雙通道的12 bit的DAC，內部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
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。

2．2 數模變換(DAC)
    當從磁方位信號中解調出磁方位角后，可以計算出差動方位角度，根據具體硬件電路參數，可進一步推算出該角度對應的DAC轉換需要的數字量，然后將數字量送入DAC中，在交流基準的調制下便可得到模擬的差動方位信號，電路如圖2所示。

3 軟件的實現
3．1磁方位解算
    對于三相磁方位信號X，Y，Z，通常Z接地。假設磁方位為φ，則有
   
    根據前面分析，VXZ即為磁方位信號X的ADC采樣值，VYZ為磁方位信號Y的ADC采樣值，由此可根據上述公式計算出磁方位角度。
3．2 差動方位產生
    根據差動方位信號的要求和電路參數計算，差動方位X和差動方位Y分別表示為
   
    其中，θ為數字方位；φ為磁方位，ω=2πft，f=400 Hz；根據實際電路模型，有
   
    其中，DX為差動方位X向數模轉換器的數字量；DY為差動方位Y向數模轉換器的數字量。

4 結束語
    通過上述硬件線路設計和軟件設計，開展了相關課題實驗，并應用到某導航設備中，其集成度和可靠性得到了進一步提高，指標均達到了設計要求。