侵徹試驗(yàn)柔性數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

韓磊 張亞 李世中

摘 要：本文主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，分析了侵徹彈藥的發(fā)送存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的困難，并提出了解決方案對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，并詳細(xì)敘述了電路設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)發(fā)生器和記錄器的每個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)。針對(duì)準(zhǔn)確無(wú)誤的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，系統(tǒng)采用STC12LE4052AD單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的邏輯，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)用性，集成度和耐用性；W25X16作為存儲(chǔ)介質(zhì)，最小化存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行保護(hù)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中縮減系統(tǒng)的體積，以擴(kuò)展數(shù)據(jù)保留時(shí)間，能更進(jìn)一步使系統(tǒng)可靠性得到提高。

關(guān)鍵詞：侵徹；柔性傳輸；數(shù)據(jù)發(fā)送

本測(cè)試系統(tǒng)主要用于硬目標(biāo)侵徹條件，測(cè)量和記錄彈體的數(shù)據(jù)，為了提高系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)和長(zhǎng)線發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)存儲(chǔ)系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)采集發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并在同一時(shí)間（發(fā)射過(guò)程中，擊中目標(biāo)的過(guò)程或其他干擾嚴(yán)重的情況下）不會(huì)影響傳輸數(shù)據(jù)的接收，存儲(chǔ)記錄系統(tǒng)把接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于內(nèi)置的大容量非易失性存儲(chǔ)器，試驗(yàn)后應(yīng)回收并讀出數(shù)據(jù)。該測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)：

⑴具有體積小，重量輕優(yōu)點(diǎn)：對(duì)彈體的重量和重心分布的影響小。

⑵高抗沖擊性，高可靠性：通過(guò)嚴(yán)格的生產(chǎn)過(guò)程篩選，高溫、低溫和空氣對(duì)試驗(yàn)的影響，以確保在惡劣環(huán)境下仍能可靠的工作。

⑶低功耗：適應(yīng)彈體測(cè)試環(huán)境。

⑷有線柔性傳輸數(shù)據(jù)到存儲(chǔ)器中，可靠地獲得數(shù)據(jù)[1]。

1 主控制芯片選擇

單片機(jī)控制模塊比起DSP，嵌入式，F(xiàn)RGA等芯片來(lái)說(shuō)，單片機(jī)價(jià)格便宜，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易用。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果控制芯片僅需完成一般的控制功能，那么單片機(jī)就是中心控制系統(tǒng)最好的選擇。

由于系統(tǒng)由多個(gè)芯片組成，所以很難保證電路板體積??；此外，系統(tǒng)越是復(fù)雜，在電路板布線越多，使系統(tǒng)的可靠性降低。該測(cè)試系統(tǒng)完成測(cè)試過(guò)程中應(yīng)盡量使用的元件要少，由于本測(cè)試系統(tǒng)中的單片機(jī)集成度很高（STC12LE4052AD）用它作為發(fā)送存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及控制主要元件[2]。

STC12C2052AD單片機(jī)集成電路主要包括中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串口UART、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗和片上R/C振蕩器和一個(gè)外部晶體振蕩器電路模塊。STC12C2052AD系列單片機(jī)包含了幾乎所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和控制系統(tǒng)的要求模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)[3]。

2 主控?cái)?shù)據(jù)的傳輸設(shè)計(jì)

由于該裝置是由電池供電，而電池的容量是有限的，所以電路模塊需要實(shí)現(xiàn)節(jié)能省電的目的，因此在整個(gè)電路模塊的設(shè)計(jì)，使用電源管理減少不必要的系統(tǒng)不工作時(shí)的電流消耗，另一方面，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程，用了很多外圍單片機(jī)模塊，此消耗功率很大，因此想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗可以用來(lái)降低單片機(jī)本身來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)[4]。低功耗硬件設(shè)計(jì)原則

⑴應(yīng)盡量選用高速/低功耗/抗干擾強(qiáng)的芯片；

⑵分區(qū)/分時(shí)供電在不工作時(shí)，可以關(guān)閉以節(jié)省電力消耗；

⑶需要一個(gè)上拉電阻的使用，以防止功率消耗在上拉電阻上，一般可以達(dá)到幾十或幾百kW，驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路原理上應(yīng)該選擇較大電阻。但如果低電平信號(hào)在多數(shù)情況下，這時(shí)應(yīng)該選擇一個(gè)下拉電阻[5]。

STC12C2052AD系列單片機(jī)的串行通信接口有4種工作模式，可通過(guò)串行控制對(duì)SCON中的SM0、SM1的設(shè)置進(jìn)行軟件編程選擇。模式1、模式2和模式3為異步通信，每個(gè)發(fā)送和接收都有1個(gè)啟動(dòng)位和1個(gè)停止位的字符。在模式0中，串行端口作為1個(gè)簡(jiǎn)單的移位寄存器。本設(shè)計(jì)采用串口工作模式1為串口通信。

當(dāng)軟件設(shè)置SCON的SM0、SM1是“01”時(shí)，串口模式1開(kāi)始工作。此模式為8位異步格式，一幀信息為10位：1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位優(yōu)先）和1位停止位。波特率可根據(jù)變量需要進(jìn)行設(shè)置。TxD是發(fā)送信息端口，RxD是接收信息端口。圖3.3為串行口模式1的接收/發(fā)送時(shí)序圖：

發(fā)送過(guò)程模式1：發(fā)送串行通信的方式，從TXD輸出的串行發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)主機(jī)執(zhí)行寫“SBUF”命令來(lái)時(shí)開(kāi)始發(fā)送串行通信，寫上“1”成也發(fā)送移位寄存器的第九位串行數(shù)據(jù)緩沖器的“信號(hào)”，并通知發(fā)射控制單元發(fā)送[6]。

接收過(guò)程模式1：當(dāng)軟件置位接收允許標(biāo)志位REN，即REN=1時(shí)，便以與選定的波特率16頻率采樣串口接收端口接收數(shù)據(jù)的接收器，當(dāng)RXD端口進(jìn)行負(fù)跳變的時(shí)候接收器可以開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，并立即復(fù)位16分頻計(jì)數(shù)器[7]。

3、主控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)

程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶信息的程序數(shù)據(jù)和表格等。STC12C2052AD系列單片機(jī)集成1K～30K字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器閃存單片機(jī)STC12C2052AD系列各類地址如下表所示。

單片機(jī)復(fù)位，程序計(jì)數(shù)器（PC）內(nèi)容為0000H，從0000H單元程序開(kāi)始執(zhí)行。此外，中斷服務(wù)程序的入口地址（也被稱為中斷向量）也位于在程序存儲(chǔ)器單元。在程序存儲(chǔ)器中，每個(gè)中斷都有一個(gè)固定的入口地址，當(dāng)中斷發(fā)生響應(yīng)時(shí)，控制器將自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷程序執(zhí)行地址的入口[8]。外部中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址是00003H，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷服務(wù)程序的入口地址是000BH，外部中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址是0013H，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷服務(wù)程序的入口地址是001Bh[9]。因?yàn)橄噜彽闹袛嗳肟诘刂穮^(qū)間間隔（8個(gè)字節(jié)）有限，中斷服務(wù)程序，一般無(wú)法保存完整性，通常在該地區(qū)的一個(gè)無(wú)條件跳轉(zhuǎn)到指令中斷響應(yīng)的地址，指向真正的存儲(chǔ)空間來(lái)執(zhí)行中斷服務(wù)程序[10]。程序存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除Flash在線編程的100000次以上，提高了靈活性和易于集成。

4 主控?cái)?shù)據(jù)接口的設(shè)計(jì)

該MAX3232/3232收發(fā)器是一個(gè)低壓差變送器輸出級(jí)采用專有的，使用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源可以實(shí)現(xiàn)RS-232的真實(shí)性能，max3232供電電壓5v或3.3V，耗電0.3mA，外接4個(gè)0.1uF電容。max3232確保在120kbps數(shù)據(jù)速率，同時(shí)保持RS-232輸出電平[11]。電路圖如下：

5 結(jié)論

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，對(duì)數(shù)據(jù)采集和滲透過(guò)程存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)論述了各功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)；為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析，結(jié)果表明，由存儲(chǔ)系統(tǒng)的收集，存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)可以承受高過(guò)載測(cè)試土壤沙袋的滲透，以及系統(tǒng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)正確的。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

⑴綜合收集分析，基于滲透和滲透到相關(guān)文檔的存儲(chǔ)讀系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用進(jìn)行了討論。

⑵項(xiàng)目的背景和技術(shù)指標(biāo)研究性學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的工作原理的分析，提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并介紹了各功能模塊的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)。

⑶在硬件電路設(shè)計(jì)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析，可以在高過(guò)載設(shè)計(jì)給電力系統(tǒng)的正常供電；在采集與存儲(chǔ)系統(tǒng)具體分析與應(yīng)用；分析并優(yōu)選了W25X16作Flash存儲(chǔ)器。

⑷對(duì)存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)測(cè)信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中波形的失真進(jìn)行了分析和改進(jìn)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)基本滿足要求，完成了設(shè)計(jì)給定的任務(wù)。

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