分離時(shí)序電路的邏輯設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

徐永忠

（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000）

分離時(shí)序電路可以應(yīng)用在類似飛行器頭體分離與級間分離當(dāng)中。相比于人工控制技術(shù)來說，分離時(shí)序電路能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化控制，還能夠確保起爆時(shí)間精確度。試驗(yàn)人員詳細(xì)記錄存儲(chǔ)電路對于信號(hào)的時(shí)間參數(shù)，通過參數(shù)能夠?qū)α鞒踢M(jìn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。所以分析和研究分離時(shí)序電路邏輯設(shè)計(jì)具有重要意義。

一、硬件設(shè)計(jì)方案

此次所研究的時(shí)序分離電路當(dāng)中共包括6路信號(hào)輸入和8路信號(hào)輸出，能夠?qū)Π存I信號(hào)與反饋信號(hào)的傳輸進(jìn)行控制。輸出信號(hào)通過多路計(jì)電器和保險(xiǎn)開關(guān)，能夠?qū)ζ鸨冗M(jìn)行控制?？刂瓢存I在電路當(dāng)中能夠提供不同控制信號(hào)和流程啟動(dòng)信號(hào)。模式選擇開關(guān)能夠?qū)Χ喾N工作模式進(jìn)行選擇，反饋信號(hào)能夠觸發(fā)分離時(shí)序，通過存儲(chǔ)模塊能夠?qū)﹃P(guān)鍵信息時(shí)間參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

二、軟件控制流程

先設(shè)計(jì)好控制流程圖。在按下啟動(dòng)按鈕之后，輸出時(shí)統(tǒng)信號(hào)，可以對工作模式進(jìn)行判斷。完成階段工作之后，需要發(fā)出點(diǎn)火指令。除過總體控制以外，控制邏輯能夠?qū)崿F(xiàn)分階段單獨(dú)控制，通過對相應(yīng)控制指令和反饋指示燈進(jìn)行觀察，可以對不同階段的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。

三、關(guān)鍵技術(shù)與試驗(yàn)結(jié)果分析

（一）時(shí)間參數(shù)存儲(chǔ)控制

試驗(yàn)人員通過分析時(shí)間參數(shù)，能夠?qū)α鞒踢M(jìn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷?；跁r(shí)間參數(shù)能夠?qū)罄m(xù)分析提供參考依據(jù)，有助于提升電路可靠性。在啟動(dòng)之后，關(guān)鍵信號(hào)技術(shù)機(jī)會(huì)清零，并且對啟動(dòng)按鈕的按下狀態(tài)進(jìn)行檢測。當(dāng)按下按鈕之后會(huì)輸出時(shí)統(tǒng)，此時(shí)會(huì)將時(shí)統(tǒng)信號(hào)作為基準(zhǔn)信息，計(jì)數(shù)器自動(dòng)計(jì)時(shí)，在遇到關(guān)鍵信號(hào)后下降沿，最重要事件參數(shù)進(jìn)行記錄。

在此次設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的存儲(chǔ)芯片，具備邊擦邊寫優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)高速大容量存儲(chǔ)。芯片內(nèi)存陣列包含128KB可擦除容量組成。讀寫控制命令為“0”時(shí)，系統(tǒng)可以寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)控制命令為“1”時(shí)，系統(tǒng)可以讀取數(shù)據(jù)。不管是寫入還是讀取，都需要進(jìn)行無效塊檢驗(yàn)。對不同塊第一頁和第二頁的列地址進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)不是“FFh”，則為無效塊。其次，系統(tǒng)內(nèi)存容量比較大，可以動(dòng)詞記錄時(shí)間參數(shù)，并且便于讀取。

（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件消抖算法

控制按鍵信號(hào)經(jīng)過計(jì)數(shù)器延時(shí)消抖，反饋信號(hào)經(jīng)過滑動(dòng)窗口消抖，之后輸入到控制模塊當(dāng)中，可以確保信號(hào)輸入控制的正確性，促使控制邏輯，處于正確運(yùn)行狀態(tài)，以此提升電路可靠性。

第一，選擇不同輸入信號(hào)的消抖算法。首先是對于反饋信號(hào)消抖來說，分離時(shí)序電路主要對火工品起爆時(shí)間進(jìn)行控制，反饋信號(hào)為點(diǎn)火回路狀態(tài)，將其輸入到現(xiàn)場可編程門陣列中，能夠避免產(chǎn)生誤操作行為，確保反饋信號(hào)傳輸正確性。系統(tǒng)斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生脈沖干擾，強(qiáng)度比較大，且持續(xù)時(shí)間短，會(huì)導(dǎo)致反饋信號(hào)出現(xiàn)納秒級信號(hào)抖動(dòng)。電路靜電也會(huì)干擾反饋信號(hào)。電路當(dāng)中選擇40MHz晶振頻率，25ns時(shí)鐘周期。在滑動(dòng)窗口消抖算法運(yùn)算期間，每經(jīng)過25ns上升沿，消抖信號(hào)會(huì)進(jìn)行一次賦值。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩闯?，此種算法能夠消除納秒級干擾。算法當(dāng)中設(shè)置兩次滑動(dòng)窗口消抖，能夠應(yīng)用到反饋信號(hào)消抖當(dāng)中。

第二，按鍵開關(guān)消抖。硬件電路當(dāng)中所使用的按鍵開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，由于存在觸點(diǎn)彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時(shí)無法及時(shí)接通，在斷開時(shí)也無法及時(shí)斷開。所以在閉合斷開瞬間會(huì)存在抖動(dòng)情況。按鍵機(jī)械特性會(huì)決定抖動(dòng)時(shí)間，通常為5ms-10ms。通過調(diào)研統(tǒng)計(jì)能夠看出，所有按鍵開關(guān)的機(jī)械段時(shí)間在5ms以下。對于依據(jù)的抖動(dòng)信號(hào)消抖來說，計(jì)數(shù)器延時(shí)消抖通過設(shè)置N值，可以對消抖事件進(jìn)行控制。避免由于消抖時(shí)間過短，從而導(dǎo)致消抖不完成問題出現(xiàn)，也能夠避免消抖時(shí)間過長所導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，運(yùn)行過程造成影響。在本電路當(dāng)當(dāng)中，聯(lián)合晶振頻率計(jì)算，消抖時(shí)間控制在6.5ms。

第三，不同消抖算法的現(xiàn)場可編程門陣列硬件資源占用率：當(dāng)硬件資源占用率較高時(shí)，就會(huì)加大現(xiàn)場可編程門陣列的負(fù)荷，從而降低運(yùn)行速度，還會(huì)對控制邏輯的運(yùn)行造成影響。通過比較分析滑動(dòng)窗口消抖程序運(yùn)行的硬件占用率、延時(shí)消抖程序運(yùn)行占用率可知，以上兩種程序?qū)τ谟布Y源的占用率均比較低，滑動(dòng)窗口消抖的器件占用率高于延時(shí)消抖。

四、試驗(yàn)結(jié)果

（一）試驗(yàn)參數(shù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，幀頭為FF FF 00 00，不同關(guān)鍵時(shí)間信號(hào)的標(biāo)志數(shù)據(jù)分別為2D、3C、4B、5A、69、78。存儲(chǔ)器以頁為單位進(jìn)行編程，且容量為2KB/頁，系統(tǒng)中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量小，無法占據(jù)一頁的容量，所以在數(shù)據(jù)之后需要使用“55 55 …”補(bǔ)充，這樣能夠保證存儲(chǔ)器的編程正確性。分離時(shí)序設(shè)備在模擬實(shí)際操作過程時(shí)，主要是應(yīng)用連接等效器實(shí)現(xiàn)，還能夠存儲(chǔ)關(guān)鍵信號(hào)的時(shí)間參數(shù)。

（二）實(shí)際邏輯中的不同消抖算法波形仿真

在實(shí)際邏輯中，不同消抖算法對按鍵開關(guān)信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行消抖，得到仿真波形圖。通過比較分析實(shí)際抖動(dòng)信號(hào)、理想無抖動(dòng)信號(hào)，能夠驗(yàn)證消抖算法在實(shí)際消抖的應(yīng)用效果。

五、結(jié)束語

綜上所述，通過分析和研究分離時(shí)序電路的軟件邏輯設(shè)計(jì)技術(shù)，分析時(shí)間參數(shù)存儲(chǔ)原理和芯片應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器延時(shí)消抖與滑動(dòng)窗口消抖。按照分離時(shí)序電路的不同信號(hào)，選擇相應(yīng)的消抖算法，仿真整個(gè)消抖過程。通過試驗(yàn)結(jié)果能夠看出，此種邏輯設(shè)計(jì)能夠更好實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的存儲(chǔ)時(shí)間參數(shù)，且延時(shí)消抖與滑動(dòng)窗口消抖能夠有效消除不同特點(diǎn)信號(hào)干擾抖動(dòng)情況。因此，邏輯設(shè)計(jì)具備較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以保證分離時(shí)序電路的運(yùn)行可靠性。