姚雷 孫振邦

摘 ?要：介紹了某型航空小發(fā)計時器的實現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯器件 ? 計時器

某型引進飛機使用的小發(fā)計時器無備件供應(yīng)，對該計時器進行重新設(shè)計，保持原有功能的同時，對其進行完善滿足實戰(zhàn)需要。

一、小發(fā)計時器功能

小發(fā)計時器用于記錄小發(fā)使用次數(shù)及使用時間，在小發(fā)上電時進行計時并通過液晶屏顯示時間信息，小發(fā)斷電后關(guān)閉顯示和停止計時，計時器只提供27V直流電源輸入口。維護保障時無法對其計數(shù)值進行查詢，損壞更換或更換小發(fā)后無法重新設(shè)置計時初值，計時器也不具備自檢功能難以判斷好壞。實際使用增加了維護保障風(fēng)險。

二、重新設(shè)計替代功能方案

針對原計時器的不足設(shè)計替代方案。計時器要求計時時間最大500小時，顯示單位為“次”、“小時”，顯示時間精度小數(shù)點后一位，制定替代技術(shù)方案功能指標：

1.計時器可分別工作在計時電源（飛機上27V工作電源以下簡稱主電源）執(zhí)行正常計時顯示功能，測試電源（機下27V電源以下簡稱次電源）執(zhí)行測試等特殊功能。

2.計時器提供主電源輸入口及次電源輸入口。當(dāng)主電源接入后計時器開始執(zhí)行計數(shù)、前次使用時間查詢、保存數(shù)據(jù)、測試功能。當(dāng)次電源接入后計時器提供查詢、刪除、置數(shù)、測試功能。

計時器計數(shù)精度為秒;計時器顯示以小時為單位，顯示精度小數(shù)點后1位，最大顯示999小時。

3.計時器提供“顯示”、“測試”按鍵，在任何供電模式下按壓“顯示”按鍵，數(shù)碼管顯示前次主電源斷電后所記錄的發(fā)電機工作時間，顯示數(shù)據(jù)保持時間30s后自動跳轉(zhuǎn)到前一顯示狀態(tài)。按壓“測試”按鍵，數(shù)碼管依次顯示測試信息后自動跳轉(zhuǎn)到前一顯示狀態(tài)。

4.在次電源工作模式下計時器具有刪除功能，當(dāng)更換發(fā)電機后需要對計時器進行清零，通過長按壓“測試”按鍵保持5s，進入刪除模式后，按壓“測試”按鍵執(zhí)行計時器清零操作，按壓“顯示”按鍵取消清零操作。

5.為了簡化計時器面板操作和數(shù)據(jù)保護，預(yù)置數(shù)功能通過外接具備8輸入按鍵置數(shù)模塊來完成預(yù)置數(shù)功能。

三、系統(tǒng)組成方案

根據(jù)計時器功能要求設(shè)計系統(tǒng)組成方案，系統(tǒng)框圖如圖1，方案實現(xiàn)主要由以下部分組成：

1.主控模塊：主控模塊采用altera公司MAX2系列CPLD（來實現(xiàn)按鍵控制、主次電源邏輯識別、計數(shù)、存儲器控制、顯示控制、自檢功能控制、預(yù)置數(shù)通訊管理功能。

2.掉電監(jiān)控模塊：用于監(jiān)控掉電情況向主控芯片提供狀態(tài)信息。

3.存儲模塊：采用ATMEL公司AT24C系列非易失性的I2C接口E2PROM，該存儲器可重復(fù)擦寫100萬次。

4.顯示模塊：采用安全可靠顯示清晰的LED顯示。

5.置數(shù)模塊：采用可編程邏輯芯片構(gòu)架，電池供電，和計時器通過RS232串口通訊線連接。

6.電源模塊：電源模塊用于提供電路所需的各路電源以及抑制機內(nèi)電源干擾。

四、方案的實現(xiàn)

方案的實現(xiàn)主要通過軟件和硬件兩部分組成，軟件采用VHDL語言編寫，硬件采用帶LED數(shù)碼管、FPGA、開關(guān)量輸入、I2C總線接口的E2PROM進行設(shè)計。

（一）硬件平臺的搭建

用板載按鍵1代表“顯示”輸入按鍵、按鍵2代表“測試”輸入按鍵。按鍵3代表上電重啟信號輸入（開發(fā)板沒有上電復(fù)位信號控制，在正式電路板中需要該信號作為上電讀取存儲器計數(shù)值的啟動信號）。用按鍵4代表存儲器寫信號，用來模擬系統(tǒng)掉電時的脈沖信號，該信號在正式電路板中由電源監(jiān)控電路輸出開關(guān)量信號。用一路跳線代表主次電源狀態(tài)輸入信號，該信號在正式電路板中由電源監(jiān)控電路輸出開關(guān)量信號。用板載串口和PC機相連接，符合標準RS232協(xié)議，模擬預(yù)置數(shù)功能。

（二）軟件程序的開發(fā)

電路板執(zhí)行程序均為VHDL編寫，在模塊測試時，在PC端使用LabView編寫測試程序，模擬預(yù)置數(shù)模塊功能，對計時器進行模擬測試。計時器的CPLD中使用VHDL編寫的主要程序模塊如下：

1.串口RS232通信模塊;

2.串口數(shù)據(jù)解碼模塊;

5.I2C協(xié)議接口通信模塊;

6.E2PROM讀寫控制模塊;

7.開關(guān)量濾波模塊;

8.開關(guān)量狀態(tài)控制模塊;

9.顯示控制模塊;

10.計數(shù)模塊。

通過對程序模塊的調(diào)試和板級驗證，系統(tǒng)運行符合功能技術(shù)要求。

五、結(jié)束語

小發(fā)計時器替代方案項目中數(shù)字處理部分開發(fā)通過驗證是成功的，如果正式開展替代研制工作還需開發(fā)前端電源控制管理模塊，并進行驗證，為了增強系統(tǒng)的高可靠性，可以增強對計時數(shù)據(jù)的保護，增加外部直接讀取存儲器模塊，增加一路備份存儲器，進行外形設(shè)計，開展環(huán)境試驗等驗證工作。

參考文獻

[1]嵌入式系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用.機械工業(yè)出版社出版

[2]INTEL微處理器結(jié)構(gòu)、編程與接口.電子工業(yè)出版社出版