張國(guó)強(qiáng)

摘 要：隨著導(dǎo)彈型號(hào)的不斷豐富，彈上點(diǎn)火控制電路的功能、邏輯、接口越來(lái)越復(fù)雜，造成控制電路安全性、可靠性降低。專業(yè)工程的深入研究對(duì)點(diǎn)火控制電路的可測(cè)試性、自診斷性提出了更高要求。由此，本文通過(guò)采用TI公司生產(chǎn)的一種安全型微控制器TMS470MF06607作為處理核心，以某型導(dǎo)彈點(diǎn)火控制電路作為模型，完成彈上點(diǎn)火控制電路設(shè)計(jì)、測(cè)試，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火控制過(guò)程的邏輯判斷、點(diǎn)火信號(hào)輸出等功能，有效減少了元器件種類，降低了接口復(fù)雜度，提高了彈上點(diǎn)火控制電路的安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：安全型微控制器;點(diǎn)火控制電路;導(dǎo)彈

中圖分類號(hào)：TJ760.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）22-0075-04

Study on Ignition Control Circuit of Missile Using Safety Micro-controller

ZHANG Guoqiang

Abstract： With the continuous development of the missile project， the function、logic and interface become more and more complex which lowers the security and reliability of the Missile Ignition Control Circuit. In-depth study of professional engineering also puts forward higher requirements on the testability and self-diagnosis of the Ignition Control Circuit. In this paper， a safe microcontroller， TMS470MF06607， produced by TI Company， was used as the processing core， and the ignition control circuit of a missile was used as a model to complete the design and test of the ignition control circuit on the missile. The functions of logic judgment in the ignition control process and output of ignition signal were realized， which effectively reduced the components. The type reduced the interface complexity and improved the safety and reliability of the ignition control circuit on the missile.

Keywords： safety micro-controller;ignition control circuit;missile

當(dāng)前，隨著導(dǎo)彈型號(hào)不斷豐富，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，以及用戶需求不斷提高，使得彈上點(diǎn)火控制電路的功能、邏輯和接口越來(lái)越復(fù)雜。此外，隨著專業(yè)工程的不斷深入研究，對(duì)彈上點(diǎn)火控制電路的可測(cè)試性、自診斷性也提出了越來(lái)越高的要求[1]。因此，傳統(tǒng)的利用簡(jiǎn)單模擬、數(shù)字器件搭建彈上點(diǎn)火控制電路的方式已經(jīng)無(wú)法滿足型號(hào)發(fā)展的需求，最終造成電路和接口越來(lái)越復(fù)雜，安全性、可靠性、測(cè)試性差，彈上點(diǎn)火控制電路的數(shù)字化迫在眉睫[2]。

點(diǎn)火控制功能作為導(dǎo)彈的重要功能，其安全性、可靠性的高低直接影響導(dǎo)彈的成敗甚至是載機(jī)和人員安全。彈上點(diǎn)火控制電路數(shù)字化必須采用可靠性高、安全性高的微控制器。

1 系統(tǒng)總體方案

1.1 TMS470MF06607芯片簡(jiǎn)介

本文采用TI公司生產(chǎn)的一種安全型微控制器TMS470MF06607。該控制器采用最新的針對(duì)實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的Cortex-M3內(nèi)核，具備內(nèi)存ECC檢查、CPU和RAM自檢、內(nèi)存保護(hù)（MPU）、失效檢測(cè)、時(shí)鐘監(jiān)控、雙核監(jiān)控和備份等技術(shù)，大大提高了微控制器的安全性和可靠性。

該微控制器符合AEC-Q100規(guī)范要求，達(dá)到了IEC61508 SIL3標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，適合彈上點(diǎn)火控制等與安全攸關(guān)的應(yīng)用，具有很好的推廣意義。

1.2 總體方案

本文總體方案共包括五個(gè)模塊，分別為上位機(jī)模塊、指令接收模塊、邏輯判斷模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊和繼電器執(zhí)行級(jí)模塊。

系統(tǒng)原理為：由上位機(jī)向點(diǎn)火控制電路發(fā)送控制指令;控制電路采用光電耦合器接收控制指令;控制指令經(jīng)過(guò)分壓和信號(hào)調(diào)理后送入微控制器進(jìn)行邏輯組合與判斷，并輸出滿足寬度要求的控制信號(hào);通過(guò)達(dá)林頓陣列對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)繼電器組完成點(diǎn)火信號(hào)輸出[3]。系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 指令接收電路

控制指令為一對(duì)差分信號(hào)，采用光電耦合器進(jìn)行接收，能夠有效避免內(nèi)部噪聲和點(diǎn)火信號(hào)對(duì)前級(jí)電路造成的干擾。接收電路使用電阻進(jìn)行限流。由于所選光電耦合器導(dǎo)通電流較小，為提高控制門(mén)限，串聯(lián)一只二極管。在光電耦合器后級(jí)采用RC電路進(jìn)行濾波，能夠有效消除一定寬度的脈沖信號(hào)干擾。經(jīng)過(guò)計(jì)算，驅(qū)動(dòng)電流滿足光電耦合器導(dǎo)通要求，且導(dǎo)通電壓滿足指令輸出指標(biāo)，并留有一定裕度。指令接收電路原理如圖2所示。

控制指令接收后，經(jīng)過(guò)分壓和信號(hào)調(diào)理，變換為0～3.3V，滿足微控制器電平要求，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換作為控制器的輸入，參與點(diǎn)火控制邏輯組合與判斷。

2.2 微控制器供電電路

為滿足微控制器電源要求，采用電源芯片TPS7333將外部提供的+5V電源轉(zhuǎn)換為+3.3V，經(jīng)濾波后作為微控制器的供電電源。同時(shí)，在微控制器的各供電端口就近并聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電容以消除干擾，提高供電品質(zhì)。微控制器供電電路原理如圖3所示。

2.3 時(shí)鐘及JTAG接口

依據(jù)芯片手冊(cè)，時(shí)鐘電路采用經(jīng)典的外接晶振方式，所選晶振為16MHz，電容為22pF。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，TMS470MF06607控制器的JTAG接口與TI公司傳統(tǒng)控制器的JTAG接口存在一定差異，必須去掉部分上拉電阻，才能實(shí)現(xiàn)正常連接。JTAG接口如圖4所示。其中，圖（a）為T(mén)I公司微控制器JTAG經(jīng)典接法，圖（b）為T(mén)MS470MF06607典型接法。

2.4 驅(qū)動(dòng)電路

微控制器對(duì)控制指令進(jìn)行邏輯組合與判斷后，輸出的控制信號(hào)最大驅(qū)動(dòng)電流約為4mA，不足以驅(qū)動(dòng)繼電器組完成點(diǎn)火功能，必須進(jìn)行信號(hào)放大。本文采用ULN2004達(dá)林頓陣列對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大以驅(qū)動(dòng)繼電器組。驅(qū)動(dòng)電路、繼電器組輸出電路原理如圖5所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

本文的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境基于CCS 5.5平臺(tái)，仿真器為XDS100-V2，USB 2.0。

軟件主要實(shí)現(xiàn)供電電壓采樣/轉(zhuǎn)換、控制信號(hào)邏輯組合與判斷、產(chǎn)生點(diǎn)火控制信號(hào)等功能。根據(jù)上述功能，對(duì)軟件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，主要分為程序端口初始化模塊、A/D采樣/轉(zhuǎn)換模塊、定時(shí)器中斷模塊和點(diǎn)火控制模塊。

初始化模塊主要完成對(duì)各個(gè)端口、變量的初始化。初始化完成后，進(jìn)入while循環(huán)等待，當(dāng)點(diǎn)火標(biāo)志為1時(shí)，進(jìn)入點(diǎn)火判斷、輸出程序。

A/D采樣/轉(zhuǎn)換模塊每5ms執(zhí)行一次A/D采樣，并取連續(xù)5次轉(zhuǎn)換值進(jìn)行判斷，當(dāng)存在歧義值時(shí)直接剔除，重新采樣連續(xù)5次轉(zhuǎn)換值求平均值，結(jié)果用變量作為記錄。

定時(shí)器中斷模塊設(shè)置為每1ms執(zhí)行一次，并進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到5時(shí)，調(diào)用A/D采樣/轉(zhuǎn)換函數(shù)并對(duì)控制指令I(lǐng)_A進(jìn)行判斷，當(dāng)滿足要求時(shí)，將點(diǎn)火標(biāo)志FIRE_FLAG置為1。

點(diǎn)火控制模塊，對(duì)點(diǎn)火控制指令進(jìn)行邏輯組合、判斷，當(dāng)點(diǎn)火1控制指令滿足要求時(shí)，產(chǎn)生滿足寬度要求的點(diǎn)火信號(hào)1;當(dāng)點(diǎn)火2控制指令滿足要求時(shí)，產(chǎn)生滿足寬度要求的點(diǎn)火信號(hào)2。

軟件對(duì)控制指令進(jìn)行采集時(shí)，均通過(guò)多次判斷以消除干擾和抖動(dòng)，防止誤輸出點(diǎn)火控制信號(hào)。軟件工作時(shí)序如圖6所示。

4 系統(tǒng)仿真

采用英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件Proteus進(jìn)行系統(tǒng)仿真。該軟件不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能對(duì)單片機(jī)、ARM、Cortex和DSP等系列處理器及外圍電路進(jìn)行仿真，是目前較好的仿真微控制器及外圍電路工具。經(jīng)過(guò)仿真，該點(diǎn)火控制電路能夠產(chǎn)生滿足要求的點(diǎn)火控制信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)繼電器完成點(diǎn)火信號(hào)輸出。仿真結(jié)果如圖7所示。

5 測(cè)試結(jié)果

連接上位機(jī)和點(diǎn)火控制電路，上位機(jī)按圖8所示時(shí)序向點(diǎn)火控制電路發(fā)出控制指令。

通過(guò)上位機(jī)采集系統(tǒng)對(duì)控制指令、點(diǎn)火信號(hào)進(jìn)行采集。試驗(yàn)流程如下。

上位機(jī)向控制電路施加外注電源I_D，其他控制指令I(lǐng)_E、I_F、I_G設(shè)為高電平，I_H設(shè)為低電平。

上位機(jī)向控制電路發(fā)出I_A和I_B控制指令，當(dāng)兩個(gè)控制指令同時(shí)有效時(shí)，控制電路產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)1。發(fā)送單一指令時(shí)不會(huì)輸出點(diǎn)火信號(hào)1，I_A、I_B、I_C三個(gè)控制指令同時(shí)有效時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)1。上位機(jī)將I_E指令置為低電平，同時(shí)輸出1次I_A和I_B指令，此時(shí)不會(huì)輸出點(diǎn)火信號(hào)1。上位機(jī)將I_H信號(hào)置為高電平，同時(shí)輸出1次I_A和I_B指令，此時(shí)不會(huì)輸出點(diǎn)火信號(hào)1。上位機(jī)將I_G信號(hào)置為低電平，再次同時(shí)輸出2次I_A和I_B指令，此時(shí)輸出點(diǎn)火信號(hào)1。上位機(jī)將外注電源電壓置為V1，同時(shí)輸出1次I_A和I_B指令，此時(shí)不輸出點(diǎn)火信號(hào)1;上位機(jī)將外注電源電壓置為V2，同時(shí)輸出1次I_A和I_B指令，此時(shí)輸出點(diǎn)火信號(hào)1。

在滿足一定時(shí)間間隔后，上位機(jī)產(chǎn)生2次I_A和I_C指令，此時(shí)輸出點(diǎn)火信號(hào)2。若在點(diǎn)火信號(hào)1產(chǎn)生后，不滿足要求的時(shí)間間隔，也不會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)2。

如圖9所示，在[t1]、[t3]時(shí)刻，控制指令滿足點(diǎn)火信號(hào)1條件，輸出點(diǎn)火信號(hào)1;[t2]時(shí)刻控制指令滿足點(diǎn)火信號(hào)2條件，輸出點(diǎn)火信號(hào)2。

6 結(jié)論

本文采用TI公司生產(chǎn)的TMS470MF06607安全型微控制器設(shè)計(jì)了彈上點(diǎn)火控制電路，減少了元器件種類，降低了接口復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火控制信號(hào)輸出，驗(yàn)證了點(diǎn)火控制電路數(shù)字化研究的可行性和有效性，為后續(xù)彈上控制電路設(shè)計(jì)提供了參考解決方案，解決了原有電路邏輯復(fù)雜、可靠性和安全性不高的問(wèn)題，對(duì)其他型號(hào)發(fā)展具有一定借鑒意義。

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