錢正

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖241007）

1 引言

無源干擾是機載電子對抗系統(tǒng)的重要組成部分，無源干擾是作戰(zhàn)飛機執(zhí)行任務(wù)時，通過投放箔條干擾彈和紅外彈，為擺脫敵方跟蹤而進行的一種高效的干擾方式。

某型飛機無源干擾設(shè)備由控制盒、控制組件、轉(zhuǎn)換組件和發(fā)射器4種38個LRU組成，其中轉(zhuǎn)換組件負責(zé)接收控制組件的組件選擇編碼和數(shù)據(jù)指令，同時轉(zhuǎn)換組件根據(jù)組件選擇編碼相應(yīng)信息，形成時鐘信號，送給控制組件。轉(zhuǎn)換組件再根據(jù)數(shù)據(jù)指令，產(chǎn)生48路大電流點火指令，并分配到發(fā)射器的相應(yīng)觸點上，進行箔條彈或紅外彈的投放。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)換組件產(chǎn)生的48路點火脈沖進行性能檢查，亟需設(shè)計一套分析系統(tǒng)對脈沖間隔、脈沖寬度、脈沖幅度等參數(shù)進行檢查。傳統(tǒng)的脈沖測量手段，一般通過信號調(diào)理電路配上多塊A/D轉(zhuǎn)換卡完成信號的采集、轉(zhuǎn)換，設(shè)計復(fù)雜、成本較高。本文基于LabWindows/CVI和高速SoC單片機搭建了一套脈沖采集分析系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)以C8051F020微控制器為核心，配合簡單的外圍電路，實現(xiàn)了對脈沖信號的參數(shù)采集檢測。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計及工作原理

整個系統(tǒng)以SoC單片機C8051F020為主控制器，對轉(zhuǎn)換組件產(chǎn)生的脈沖信號進行采集、分析，其系統(tǒng)組成如圖1所示。主要由被測件（轉(zhuǎn)換組件）、信號調(diào)理電路、RS232通信電路和LabWindows/CVI虛擬儀器等幾部分組成[2]。在本系統(tǒng)中，利用單片機內(nèi)部的ADC模塊把經(jīng)過調(diào)理后的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，利用RS-232串口傳送到虛擬儀器。在虛擬儀器上可以方便地對采集的數(shù)據(jù)進行記錄分析，系統(tǒng)上位機基于LabWindows/CVI虛擬儀器為平臺編程，軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)自頂向下設(shè)計，界面友好、操作簡單，便于維護和擴展[3]。

圖1 系統(tǒng)總體方案框圖

3 硬件設(shè)計

3.1 48路脈沖信號調(diào)理電路的設(shè)計

由被測件輸出的48路脈沖信號，通過測試電纜送入到信號調(diào)理電路。信號調(diào)理電路由48路二極管以及共用的穩(wěn)壓二極管組成，通過限流電阻，送達單片機的端口，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換或信號采集，如圖2所示。

圖2 信號調(diào)理電路示意圖

3.2 電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計

被測件輸出的離散信號為27 V電壓，需要進行電平轉(zhuǎn)換，供單片機采集處理。電平轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

圖3 電平轉(zhuǎn)換電路

3.3 電源模塊的設(shè)計

SoC型C8051F020單片機采用3.3 V電壓供電，模擬電源和數(shù)字電源分別供電，為保證模擬電源和數(shù)字電源分開，避免它們之間的相互干擾，電源模塊采用朝陽電源生產(chǎn)的產(chǎn)品，電源模塊主要指標要求如下：輸入220 V/50 Hz，2路獨立輸出+5 V、+3.3 V電源。即滿足了單片機的供電要求，又具有抗干擾功能。

3.4 RS232接口電路的設(shè)計

由于單片機輸入、輸出電平是TTL電平，而PC機配置的是RS232標準串口接口，二者的電氣規(guī)范不一致，要實現(xiàn)單片機與上位機的數(shù)據(jù)通信，需要進行電平轉(zhuǎn)換[4]。本系統(tǒng)的單片機串口通信電路使用MAX3232ESE總線收發(fā)器，配以簡單的外圍電路，通過串行口接頭DB9，完成數(shù)據(jù)交換，如圖4所示。

圖4 單片機的RS232接口電路

3.5 C8051F020單片機

系統(tǒng)選用C8051F020作為微控制器。C8051F020是完全集成混合信號片上系統(tǒng)（SoC）型單片機，運行速度快，采樣速率高。該單片機具有64個數(shù)字I/O引腳、內(nèi)部含有1個真正12位的8通道ADC（帶PGA和模擬多路開關(guān)）、1個真正8位500 ksps的ADC（帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)）、5個16位的計數(shù)器/定時器、兩個全雙工UART、64 K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器、片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器，豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)多功能的電路設(shè)計，完全可以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

片內(nèi)JATG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品進行非侵入式、全速在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器。支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令[5]。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件測試主流程

測試軟件主流程如圖5 所示。上電后單片機初始化，初始化結(jié)束后，開啟串口中斷，接收上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)，按照約定的通信協(xié)議進行數(shù)字位判讀，全部通過時置接收標志位，進入TEST 線程，對RecDat[0]進行判讀，進入相應(yīng)的子線程，返回主程序、將自檢結(jié)果或者將脈沖測量數(shù)據(jù)上報上位機，上位機處理后，顯示給用戶。

圖5 軟件測試主流程圖

4.2 單片機初始化流程

單片機是否能正常運行操作，對其各資源的初始化配置是關(guān)鍵，直接影響其任務(wù)的完成。關(guān)閉看門狗，設(shè)定與計時器、中斷、串口相關(guān)的特殊功能寄存器，配置I/O以及設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器，打開中斷，開始主程序循環(huán)。初始化流程如圖6所示。

4.3 接收上位機數(shù)據(jù)流程

單片機轉(zhuǎn)入串口中斷服務(wù)程序，判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷，進行通信協(xié)議的頭字節(jié)和數(shù)據(jù)位的判斷，符合協(xié)議要求后，轉(zhuǎn)入TEST線程。接收上位機數(shù)據(jù)流程如圖7所示。

5 結(jié)束語

該采集系統(tǒng)運用了SoC單片機技術(shù)、LabWindows/CVI虛擬儀器技術(shù)成功實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換組件48路脈沖信號的數(shù)據(jù)采集與分析。實踐證明，該系統(tǒng)可應(yīng)用于多種場合，實現(xiàn)實時的高精度數(shù)據(jù)采集與分析，是通用的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。系統(tǒng)具有精度高、操作靈活、可擴展性強的特點，能夠滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分析的要求，相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)降低了設(shè)計成本，具有良好的實用價值和較強的推廣價值。

圖7 接收上位機數(shù)據(jù)流程圖