基于DSP的多普勒無線電引信檢測系統設計*

郝建強 趙建智 顧 強 黃小亮

(中北大學機電工程學院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期間。由于這種引信結構簡單、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。主要測試內容有:發射頻率、發射功率、調制脈沖寬度、脈沖重復周期、周期分散性、接收靈敏度、通頻帶寬等。傳統的測試時間長,所需設備多、而且設備價格昂貴。為了縮短測試時間,降低成本但又要保證引信作戰時可靠工作,設計了一種無線電引信實時動態測試系統。該系統主要功能是產生實戰時的模擬回波信號。當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,測試設備少,成本更低。

2 器件選擇

由于產生的信號頻率較高,一般的單片機無法實現。本系統采用了 TI公司的 16位TMS320LF2407芯片。該芯片采用了高性能靜態CMOS技術,使得控制器的功耗大大減小,40MMIPS的執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(SPI)接口可以外接豐富的片外外設[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,在實際的應用過程中有很大的用處。

數模轉換芯片選用了TI公司的T LC5620串行4通道8位的DA轉換器。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動,RNG為0時,其輸出范圍為0～3.3V,當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 硬件系統設計

為了方便控制,本設計中采用了 PC機的RS232串口來對系統所產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機通過串口發送指令給DSP系統,系統接收到指令后,根據指令的值來產生相應的信號,并通過D/A進行數模轉換。由于 TMS320LF2407 DSP集成了SPI串行接口,所以可以方便的與數模轉換芯片TLC5620進行接口,實現將DSP產生的模擬的回波信號進行輸出。系統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。在TMS320LF2407 DSP中其EV事件管理模塊的捕獲功能就具有監測CAP引腳上電平變化的功能。當CAPx引腳上電平出現跳變時就會觸發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,用來監測點火引腳電平的變化即引信是否正常引爆。其系統原理如圖2所示。

圖2 系統原理框圖

4 檢測系統軟件設計

4.1 PC機控制程序設計

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據,為應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:一是發送指令給DSP使其產生相應的信號;二是接收DSP發送的關于引信的狀態信息,使人能直觀的得出引信是否正常的判斷。圖3即為經過編譯的,在PC機上運行的控制程序界面。

4.2 DSP程序設計

為了與 PC機通信,本程序設計使用了TMS320C2000系列的串行通信SCI模塊。SCI接收器和發送器是雙緩沖的,每一個都有它自己單獨的使能和中斷標志位。兩者可單獨工作,或在全雙工的方式下同時工作。只要設置好與PC約定的波特率、數據位、停止位等后,就可以通過讀或寫相關的收發緩沖器接收或發送數據[4～5]。圖4為程序的流程圖。

系統上電以后,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。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PC機發送指令給檢測系統時,就會觸發SCI的接收中斷。在中斷處理程序中將變量start置0結束系統的等待狀態,并保存指令值。從中斷返回后,switch語句根據指令值跳轉到相應的信號函數,產生相應的信號。

SCI串行通信的接收中斷處理子程序:

在信號的產生過程中,如果所模擬的信號觸發了引信,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,在點火引腳發出起爆信號的高電平時,此電平跳變將觸發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,并通過串口發送字符‘V'給PC機。如果程序未進入CAP中斷,則程序在信號產生完畢后,將發送字符‘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

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

表1 兩種測試方法的對比

6 結語

文中對基于DSP的無線電引信檢測系統在軟件、硬件設計方面進行了詳細的介紹與設計。該系統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:北京理工大學出版社,2005

[2]趙世廉.TMS320X240x原理及應用開發指南[M].北京:北京航天航空大學出版社,2007

[3]張宏林.Visual C++串口通信技術與工程實踐[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的設計[J].組合機床與自動化加工技術,2010(1):39～43

[5]馬福民,梁曉峰.基于DSP的高精度數據采集系統設計[J].艦船電子工程,2010,30(7)