基于DSP的多普勒無線電引信檢測系統(tǒng)設(shè)計*

郝建強 趙建智 顧 強 黃小亮

(中北大學(xué)機電工程學(xué)院1) 太原 030051)(山西北方惠豐機電有限公司2) 長治 046012)

1 引言

多普勒無線電引信是利用彈目接近過程中電磁波的多普勒效應(yīng)工作的一種無線電引信。這種引信最早使用在第二次世界大戰(zhàn)期間。由于這種引信結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低,所以至今仍為世界各國所廣泛使用[1]。

為了確保作戰(zhàn)成功率,在使用前必須對所使用的引信進行全面的性能測試。主要測試內(nèi)容有:發(fā)射頻率、發(fā)射功率、調(diào)制脈沖寬度、脈沖重復(fù)周期、周期分散性、接收靈敏度、通頻帶寬等。傳統(tǒng)的測試時間長,所需設(shè)備多、而且設(shè)備價格昂貴。為了縮短測試時間,降低成本但又要保證引信作戰(zhàn)時可靠工作,設(shè)計了一種無線電引信實時動態(tài)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能是產(chǎn)生實戰(zhàn)時的模擬回波信號。當(dāng)引信接收到這一回波信號,其終端能夠輸出引爆信號,則通過測試;反之,視為引信不能完成任務(wù)而需要更換。與原測試方法相比,這種測試所需時間短,測試設(shè)備少,成本更低。

2 器件選擇

由于產(chǎn)生的信號頻率較高,一般的單片機無法實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用了 TI公司的 16位TMS320LF2407芯片。該芯片采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù),使得控制器的功耗大大減小,40MMIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns,從而提高了控制器的實時控制能力。芯片內(nèi)部含有32K的FLASH存儲單元,2k字的單口SRAM和544字雙口DRAM。該芯片為144引腳,內(nèi)部集成了串行通信接口(SCI)模塊,可方便與計算機以及其它串行口通信。16位的串行外設(shè)(SPI)接口可以外接豐富的片外外設(shè)[2]。除此還有兩個EV管理模塊,EV模塊包括通用定時器,捕獲單元以及其他的功能,其中捕獲功能能檢測到CAPx引腳上電平的變化,在實際的應(yīng)用過程中有很大的用處。

數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片選用了TI公司的T LC5620串行4通道8位的DA轉(zhuǎn)換器。DSP可通過SPI口與其通信。由于T LC5620的控制信號要求的VIH較高,所以需要將DSP輸出SPICLK,SPISIMO以及IO口模擬的CS信號的高電平抬高。在設(shè)計過程中采用74HC08與門電路來抬高其電平。TLC5620的工作頻率是1MHz,故DSP的SPI通信頻率也必須設(shè)置到1MHz。TLC5620為4通道輸出,可通過A0,A1位兩個位來進行通道的選擇。另外其輸出電壓范圍可軟件調(diào)動,RNG為0時,其輸出范圍為0～3.3V,當(dāng)RNG為1時,其輸出范圍為-3.3V～+3.3V。其輸入時序如圖1所示。

圖1 TCL5620輸入時序

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計

為了方便控制,本設(shè)計中采用了 PC機的RS232串口來對系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號種類進行控制。DSP通過SCI接口與PC機的RS232相連進行通信。PC機通過串口發(fā)送指令給DSP系統(tǒng),系統(tǒng)接收到指令后,根據(jù)指令的值來產(chǎn)生相應(yīng)的信號,并通過D/A進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。由于 TMS320LF2407 DSP集成了SPI串行接口,所以可以方便的與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620進行接口,實現(xiàn)將DSP產(chǎn)生的模擬的回波信號進行輸出。系統(tǒng)將輸出的信號接入無線電引信的信號輸入端口進行測試。為了獲得引信的狀態(tài)信息,必須將引信的點火引腳引出,并通過DSP上的CAPx引腳接入系統(tǒng)。在TMS320LF2407 DSP中其EV事件管理模塊的捕獲功能就具有監(jiān)測CAP引腳上電平變化的功能。當(dāng)CAPx引腳上電平出現(xiàn)跳變時就會觸發(fā)CAP中斷,并將作為時基的定時器的值存入一個2級深度的FIFO中,用來監(jiān)測點火引腳電平的變化即引信是否正常引爆。其系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)原理框圖

4 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 PC機控制程序設(shè)計

為了易于控制,在PC機上用VC++6.0編寫了用戶控制的界面。此界面主要是為了方便用戶輸出和控制。在編寫此控制軟件時,使用了 mirosoft提供的MSComm控件。MSComm控件主要用在串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù),為應(yīng)用程序提供串行通信功能[3]。

PC機上的程序主要完成兩個功能:一是發(fā)送指令給DSP使其產(chǎn)生相應(yīng)的信號;二是接收DSP發(fā)送的關(guān)于引信的狀態(tài)信息,使人能直觀的得出引信是否正常的判斷。圖3即為經(jīng)過編譯的,在PC機上運行的控制程序界面。

4.2 DSP程序設(shè)計

為了與 PC機通信,本程序設(shè)計使用了TMS320C2000系列的串行通信SCI模塊。SCI接收器和發(fā)送器是雙緩沖的,每一個都有它自己單獨的使能和中斷標(biāo)志位。兩者可單獨工作,或在全雙工的方式下同時工作。只要設(shè)置好與PC約定的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等后,就可以通過讀或?qū)懴嚓P(guān)的收發(fā)緩沖器接收或發(fā)送數(shù)據(jù)[4～5]。圖4為程序的流程圖。

系統(tǒng)上電以后,首先需要完成所有的初始化工作,包括SCI串行通信模塊,SPI串行模塊,定時器以及CAP捕獲模塊等。完成初始化工作后,程序進入等待指令狀態(tài)。程序代碼如下:while(start);//等待指令的輸入;

圖3 PC機串行通信界面

當(dāng)PC機發(fā)送指令給檢測系統(tǒng)時,就會觸發(fā)SCI的接收中斷。在中斷處理程序中將變量start置0結(jié)束系統(tǒng)的等待狀態(tài),并保存指令值。從中斷返回后,switch語句根據(jù)指令值跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的信號函數(shù),產(chǎn)生相應(yīng)的信號。

SCI串行通信的接收中斷處理子程序:

在信號的產(chǎn)生過程中,如果所模擬的信號觸發(fā)了引信,則引信的點火引腳將輸出高電平起爆子彈。由于在測試時,此引腳與DSP的捕獲引腳相連,在點火引腳發(fā)出起爆信號的高電平時,此電平跳變將觸發(fā)DSP的CAP中斷(即捕獲中斷)。如果程序能夠進入CAP中斷,則說明引信已被觸發(fā),并通過串口發(fā)送字符‘V'給PC機。如果程序未進入CAP中斷,則程序在信號產(chǎn)生完畢后,將發(fā)送字符‘X'至PC機,并返回程序頭等待下一條指令。

捕獲中斷處理程序:

5 試驗驗證

用本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)對2000個某型多普勒無線電引信進行測試,并與傳統(tǒng)測試方法進行對比,對比結(jié)果如表1所示,由表1可以看出用DSP檢測系統(tǒng)在對多普勒無線電引信進行測試在成本、效率等方面都優(yōu)于傳統(tǒng)檢測方法。

表1 兩種測試方法的對比

6 結(jié)語

文中對基于DSP的無線電引信檢測系統(tǒng)在軟件、硬件設(shè)計方面進行了詳細的介紹與設(shè)計。該系統(tǒng)不但大大縮短了引信的測試時間,而且簡化了操作,同時也在很大程度上降低了成本。

[1]崔占忠,宋世和,等.近炸引信原理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2005

[2]趙世廉.TMS320X240x原理及應(yīng)用開發(fā)指南[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社,2007

[3]張宏林.Visual C++串口通信技術(shù)與工程實踐[M].北京:人民郵電出版社,2008

[4]伍艮常.基于DSP的無刷直流電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2010(1):39～43

[5]馬福民,梁曉峰.基于DSP的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].艦船電子工程,2010,30(7)