某型航空小發(fā)計(jì)時(shí)器國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)

姚雷 孫振邦

摘 ?要：介紹了某型航空小發(fā)計(jì)時(shí)器的實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：可編程邏輯器件 ? 計(jì)時(shí)器

某型引進(jìn)飛機(jī)使用的小發(fā)計(jì)時(shí)器無(wú)備件供應(yīng)，對(duì)該計(jì)時(shí)器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，保持原有功能的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行完善滿足實(shí)戰(zhàn)需要。

一、小發(fā)計(jì)時(shí)器功能

小發(fā)計(jì)時(shí)器用于記錄小發(fā)使用次數(shù)及使用時(shí)間，在小發(fā)上電時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)并通過(guò)液晶屏顯示時(shí)間信息，小發(fā)斷電后關(guān)閉顯示和停止計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)器只提供27V直流電源輸入口。維護(hù)保障時(shí)無(wú)法對(duì)其計(jì)數(shù)值進(jìn)行查詢，損壞更換或更換小發(fā)后無(wú)法重新設(shè)置計(jì)時(shí)初值，計(jì)時(shí)器也不具備自檢功能難以判斷好壞。實(shí)際使用增加了維護(hù)保障風(fēng)險(xiǎn)。

二、重新設(shè)計(jì)替代功能方案

針對(duì)原計(jì)時(shí)器的不足設(shè)計(jì)替代方案。計(jì)時(shí)器要求計(jì)時(shí)時(shí)間最大500小時(shí)，顯示單位為“次”、“小時(shí)”，顯示時(shí)間精度小數(shù)點(diǎn)后一位，制定替代技術(shù)方案功能指標(biāo)：

1.計(jì)時(shí)器可分別工作在計(jì)時(shí)電源（飛機(jī)上27V工作電源以下簡(jiǎn)稱(chēng)主電源）執(zhí)行正常計(jì)時(shí)顯示功能，測(cè)試電源（機(jī)下27V電源以下簡(jiǎn)稱(chēng)次電源）執(zhí)行測(cè)試等特殊功能。

2.計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)器開(kāi)始執(zhí)行計(jì)數(shù)、前次使用時(shí)間查詢、保存數(shù)據(jù)、測(cè)試功能。當(dāng)次電源接入后計(jì)時(shí)器提供查詢、刪除、置數(shù)、測(cè)試功能。

計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)精度為秒;計(jì)時(shí)器顯示以小時(shí)為單位，顯示精度小數(shù)點(diǎn)后1位，最大顯示999小時(shí)。

3.計(jì)時(shí)器提供“顯示”、“測(cè)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(jī)工作時(shí)間，顯示數(shù)據(jù)保持時(shí)間30s后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到前一顯示狀態(tài)。按壓“測(cè)試”按鍵，數(shù)碼管依次顯示測(cè)試信息后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到前一顯示狀態(tài)。

4.在次電源工作模式下計(jì)時(shí)器具有刪除功能，當(dāng)更換發(fā)電機(jī)后需要對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行清零，通過(guò)長(zhǎng)按壓“測(cè)試”按鍵保持5s，進(jìn)入刪除模式后，按壓“測(cè)試”按鍵執(zhí)行計(jì)時(shí)器清零操作，按壓“顯示”按鍵取消清零操作。

5.為了簡(jiǎn)化計(jì)時(shí)器面板操作和數(shù)據(jù)保護(hù)，預(yù)置數(shù)功能通過(guò)外接具備8輸入按鍵置數(shù)模塊來(lái)完成預(yù)置數(shù)功能。

三、系統(tǒng)組成方案

根據(jù)計(jì)時(shí)器功能要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成方案，系統(tǒng)框圖如圖1，方案實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵控制、主次電源邏輯識(shí)別、計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)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(chǔ)模塊：采用ATMEL公司AT24C系列非易失性的I2C接口E2PROM，該存儲(chǔ)器可重復(fù)擦寫(xiě)100萬(wàn)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(jì)時(shí)器通過(guò)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(jī)內(nèi)電源干擾。

四、方案的實(shí)現(xiàn)

方案的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件和硬件兩部分組成，軟件采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)，硬件采用帶LED數(shù)碼管、FPGA、開(kāi)關(guān)量輸入、I2C總線接口的E2PROM進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（一）硬件平臺(tái)的搭建

用板載按鍵1代表“顯示”輸入按鍵、按鍵2代表“測(cè)試”輸入按鍵。按鍵3代表上電重啟信號(hào)輸入（開(kāi)發(fā)板沒(méi)有上電復(fù)位信號(hào)控制，在正式電路板中需要該信號(hào)作為上電讀取存儲(chǔ)器計(jì)數(shù)值的啟動(dòng)信號(hào)）。用按鍵4代表存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào)，用來(lái)模擬系統(tǒng)掉電時(shí)的脈沖信號(hào)，該信號(hào)在正式電路板中由電源監(jiān)控電路輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)。用一路跳線代表主次電源狀態(tài)輸入信號(hào)，該信號(hào)在正式電路板中由電源監(jiān)控電路輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)。用板載串口和PC機(jī)相連接，符合標(biāo)準(zhǔn)RS232協(xié)議，模擬預(yù)置數(shù)功能。

（二）軟件程序的開(kāi)發(fā)

電路板執(zhí)行程序均為VHDL編寫(xiě)，在模塊測(cè)試時(shí)，在PC端使用LabView編寫(xiě)測(cè)試程序，模擬預(yù)置數(shù)模塊功能，對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行模擬測(cè)試。計(jì)時(shí)器的CPLD中使用VHDL編寫(xiě)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(xiě)控制模塊;

7.開(kāi)關(guān)量濾波模塊;

8.開(kāi)關(guān)量狀態(tài)控制模塊;

9.顯示控制模塊;

10.計(jì)數(shù)模塊。

通過(guò)對(duì)程序模塊的調(diào)試和板級(jí)驗(yàn)證，系統(tǒng)運(yùn)行符合功能技術(shù)要求。

五、結(jié)束語(yǔ)

小發(fā)計(jì)時(shí)器替代方案項(xiàng)目中數(shù)字處理部分開(kāi)發(fā)通過(guò)驗(yàn)證是成功的，如果正式開(kāi)展替代研制工作還需開(kāi)發(fā)前端電源控制管理模塊，并進(jìn)行驗(yàn)證，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的高可靠性，可以增強(qiáng)對(duì)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的保護(hù)，增加外部直接讀取存儲(chǔ)器模塊，增加一路備份存儲(chǔ)器，進(jìn)行外形設(shè)計(jì)，開(kāi)展環(huán)境試驗(yàn)等驗(yàn)證工作。

參考文獻(xiàn)

[1]嵌入式系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)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