飛控計算機數據模擬器的設計與實現

李文華　羅霄　張樂

摘 要： 為了更好的檢查飛控采集器的動態采集能力，設計并實現了一種便攜式飛控計算機數據模擬器，具有體積小、重量輕、可靠性高、不需要外接電源等優點。首先說明了該模擬器的實現方案和系統組成，然后詳細闡述了各個組成模塊的工作原理，該模擬器已應用在實際的數據調試、檢查以及故障排除工作中，能夠提高工作效率，并且穩定性好。

關鍵字： 飛控計算機； 模擬器； MCU控制器； 1553編碼器

中圖分類號： TN914?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）11?0104?03

Abstract：In order to check the dynamic acquisition ability of flight?control collector， a portable data simulator for flight?control computer was designed. It has the advantages of small volvme， light weight and high reliability， and does not need any external power supply. The implementation scheme and system composition of the simulator are illustrated. The working principle of each module is expounded in detail. The simulator has been applied to the actual data debugging， check and troubleshooting. It has improved the work efficiency， and has high stability.

Keywords： flight?control computer； simulator； MCU Controller； 1553 coder

0 引 言

飛控計算機數據模擬器具有體積小、功能全、涉及的知識面廣、應用范圍寬的特點。數據模擬器由模擬器外設和應用軟件兩部分組成，應用軟件安裝在計算機上，通過計算機的USB口和模擬器外設連接，輸出A、B、C、D四冗余通道數據，分別模擬四臺飛控計算機的1553B總線輸出信號。每個通道的四個表號數據內容都可以通過軟件任意設置，另外為了更好的檢查飛控采集器的動態采集能力，在模擬的數據信號中設有“系統計數字”方便飛控采集器的動態采集性能檢查。

1 設計方案

飛控計算機數據模擬器由模擬器外設和計算機兩部分組成，其中計算機主要完成參數設置、下載和各通道運行狀態控制以及運行狀態監控，模擬器外設主要功能是接收計算機發送過來的數據并將數據轉換成所需的1553B編碼格式進行循環輸出。如圖1所示。

選取這種方案的原因是這種方案可以借用原有的外場檢查設備（即筆記本電腦），在不增加設備的情況下，做到體積小，重量輕，不需要外接電源（直接由筆記本電腦的USB接口供電）。

2 工作原理及功能實現

2.1 系統組成

飛控計算機數據模擬器系統框圖如圖2所示。

由圖2可以看出，在上位計算機中主要要完成人機交互界面、底層驅動程序兩部分工作。在下位機模擬器外設中主要完成單片機固件程序、模擬器外設硬件兩部分工作。

2.2 模塊介紹

2.2.1 人機交互界面

人機交互界面程序是為了使用戶在Windows XP中方便的實現飛控參數的設置、下載等功能，使用C++ Builder語言來實現，主界面效果圖如圖3所示。

2.2.2 底層驅動程序

底層驅動程序是通過現有的動態鏈接庫實現，直接調用即可。

2.2.3 單片機固件程序

單片機固件程序是使用KeilC軟件編程實現的，模擬器固件程序主要分為主模塊程序、USB通信子程序、中斷子程序三部分。其中主模塊流程圖如圖4所示。

板卡初始化包括晶振時鐘初始化、端口初始化、FLASH存儲器初始化、地址指針初始化、輸出位速率初始化。

USB初始化包括廠商信息字符定義、USB狀態變量初始化、USB信息變量初始化、USB傳遞數據緩沖區指針初始化。

定時中斷初始化進行定時器時鐘初始化，設置15 ms定時中斷控制塊速率。

USB中斷：當計算機發送USB指令時，產生USB中斷，根據USB狀態機選擇進行不同的響應，在USB接收狀態建立、文件接收狀態、應答狀態建立、文件發送狀態等狀態間進行切換，完成USB文件收發或命令解釋執行。USB主要狀態描述如圖5所示。

定時器中斷：完成塊速率輸出，當輸出允許時，每15 ms輸出一個塊。從FLASH中取出256個數據，放入輸出緩沖區，根據位速率將數據發送到輸出信號線上。

2.2.4 模擬器外設硬件

在MCU控制下，計算機通過USB接口將設置好的數據及配置信息，下載到FLASH數據存儲器中，下載完成后，同時MCU根據配置信息，配置發送表號數據和通道數據。在啟動數據發送時，MCU控制器將數據讀入RAM中，并將16位并行數據發送到并/串轉換電路。

在模擬器發送狀態下，會定時返回發送的幀數信息，用戶可在應用軟件的操作界面中清楚的觀察到模擬器外設的工作狀態。

在模擬器發送狀態下，用戶可以通過USB總線控制輸出驅動允許和禁止數據輸出，從而模擬實際使用中信號的不正常狀態。

FLASH存儲器的存儲結構如圖7所示。

并/串轉換就是將MCU輸出的16位并行數據轉換成串行數據輸出到1553編碼器。

1553編碼器的主要功能是將輸入的16位串行數據編碼成格式要求的曼徹斯特Ⅱ型碼進行輸出，曼徹斯特Ⅱ型碼由20位構成如圖8所示。

驅動輸出電路是將1553編碼器輸出的1路串行數據轉換成4路RS 422電平驅動輸出，分別模擬飛控計算機的A、B、C、D四個通道，另外，四個通道可以通過MCU獨立來控制輸出和禁止，用于模擬故障狀態。

3 結 語

目前飛控計算機模擬器已成功應用于某采集器的調試、檢查以及故障排除，使用十分方便，并得到了用戶的認可。同時這種模擬器設計的方案還可延伸到其他模擬器的設計當中去，具有廣闊的開發前景。

參考文獻

[1] 李全利.單片機原理及接口技術[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 白延敏.51單片機典型系統開發實例精講[M].北京：電子工業出版社，2009.

[3] 彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4] 楊凱.MIL?STD?1553B總線曼徹斯特碼編碼器的設計與實現[D].成都：四川大學，2006.

[5] 羅中偉，張遂南，徐嘉良.PCI總線數據模擬器設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：67?70.

[6] 李厚春，張小林.小型無人機飛控計算機設計[J].現代電子技術，2012，35（2）：100?101.

摘 要： 為了更好的檢查飛控采集器的動態采集能力，設計并實現了一種便攜式飛控計算機數據模擬器，具有體積小、重量輕、可靠性高、不需要外接電源等優點。首先說明了該模擬器的實現方案和系統組成，然后詳細闡述了各個組成模塊的工作原理，該模擬器已應用在實際的數據調試、檢查以及故障排除工作中，能夠提高工作效率，并且穩定性好。

關鍵字： 飛控計算機； 模擬器； MCU控制器； 1553編碼器

中圖分類號： TN914?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）11?0104?03

Abstract：In order to check the dynamic acquisition ability of flight?control collector， a portable data simulator for flight?control computer was designed. It has the advantages of small volvme， light weight and high reliability， and does not need any external power supply. The implementation scheme and system composition of the simulator are illustrated. The working principle of each module is expounded in detail. The simulator has been applied to the actual data debugging， check and troubleshooting. It has improved the work efficiency， and has high stability.

Keywords： flight?control computer； simulator； MCU Controller； 1553 coder

0 引 言

飛控計算機數據模擬器具有體積小、功能全、涉及的知識面廣、應用范圍寬的特點。數據模擬器由模擬器外設和應用軟件兩部分組成，應用軟件安裝在計算機上，通過計算機的USB口和模擬器外設連接，輸出A、B、C、D四冗余通道數據，分別模擬四臺飛控計算機的1553B總線輸出信號。每個通道的四個表號數據內容都可以通過軟件任意設置，另外為了更好的檢查飛控采集器的動態采集能力，在模擬的數據信號中設有“系統計數字”方便飛控采集器的動態采集性能檢查。

1 設計方案

飛控計算機數據模擬器由模擬器外設和計算機兩部分組成，其中計算機主要完成參數設置、下載和各通道運行狀態控制以及運行狀態監控，模擬器外設主要功能是接收計算機發送過來的數據并將數據轉換成所需的1553B編碼格式進行循環輸出。如圖1所示。

選取這種方案的原因是這種方案可以借用原有的外場檢查設備（即筆記本電腦），在不增加設備的情況下，做到體積小，重量輕，不需要外接電源（直接由筆記本電腦的USB接口供電）。

2 工作原理及功能實現

2.1 系統組成

飛控計算機數據模擬器系統框圖如圖2所示。

由圖2可以看出，在上位計算機中主要要完成人機交互界面、底層驅動程序兩部分工作。在下位機模擬器外設中主要完成單片機固件程序、模擬器外設硬件兩部分工作。

2.2 模塊介紹

2.2.1 人機交互界面

人機交互界面程序是為了使用戶在Windows XP中方便的實現飛控參數的設置、下載等功能，使用C++ Builder語言來實現，主界面效果圖如圖3所示。

2.2.2 底層驅動程序

底層驅動程序是通過現有的動態鏈接庫實現，直接調用即可。

2.2.3 單片機固件程序

單片機固件程序是使用KeilC軟件編程實現的，模擬器固件程序主要分為主模塊程序、USB通信子程序、中斷子程序三部分。其中主模塊流程圖如圖4所示。

板卡初始化包括晶振時鐘初始化、端口初始化、FLASH存儲器初始化、地址指針初始化、輸出位速率初始化。

USB初始化包括廠商信息字符定義、USB狀態變量初始化、USB信息變量初始化、USB傳遞數據緩沖區指針初始化。

定時中斷初始化進行定時器時鐘初始化，設置15 ms定時中斷控制塊速率。

USB中斷：當計算機發送USB指令時，產生USB中斷，根據USB狀態機選擇進行不同的響應，在USB接收狀態建立、文件接收狀態、應答狀態建立、文件發送狀態等狀態間進行切換，完成USB文件收發或命令解釋執行。USB主要狀態描述如圖5所示。

定時器中斷：完成塊速率輸出，當輸出允許時，每15 ms輸出一個塊。從FLASH中取出256個數據，放入輸出緩沖區，根據位速率將數據發送到輸出信號線上。

2.2.4 模擬器外設硬件

在MCU控制下，計算機通過USB接口將設置好的數據及配置信息，下載到FLASH數據存儲器中，下載完成后，同時MCU根據配置信息，配置發送表號數據和通道數據。在啟動數據發送時，MCU控制器將數據讀入RAM中，并將16位并行數據發送到并/串轉換電路。

在模擬器發送狀態下，會定時返回發送的幀數信息，用戶可在應用軟件的操作界面中清楚的觀察到模擬器外設的工作狀態。

在模擬器發送狀態下，用戶可以通過USB總線控制輸出驅動允許和禁止數據輸出，從而模擬實際使用中信號的不正常狀態。

FLASH存儲器的存儲結構如圖7所示。

并/串轉換就是將MCU輸出的16位并行數據轉換成串行數據輸出到1553編碼器。

1553編碼器的主要功能是將輸入的16位串行數據編碼成格式要求的曼徹斯特Ⅱ型碼進行輸出，曼徹斯特Ⅱ型碼由20位構成如圖8所示。

驅動輸出電路是將1553編碼器輸出的1路串行數據轉換成4路RS 422電平驅動輸出，分別模擬飛控計算機的A、B、C、D四個通道，另外，四個通道可以通過MCU獨立來控制輸出和禁止，用于模擬故障狀態。

3 結 語

目前飛控計算機模擬器已成功應用于某采集器的調試、檢查以及故障排除，使用十分方便，并得到了用戶的認可。同時這種模擬器設計的方案還可延伸到其他模擬器的設計當中去，具有廣闊的開發前景。

參考文獻

[1] 李全利.單片機原理及接口技術[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 白延敏.51單片機典型系統開發實例精講[M].北京：電子工業出版社，2009.

[3] 彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4] 楊凱.MIL?STD?1553B總線曼徹斯特碼編碼器的設計與實現[D].成都：四川大學，2006.

[5] 羅中偉，張遂南，徐嘉良.PCI總線數據模擬器設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：67?70.

[6] 李厚春，張小林.小型無人機飛控計算機設計[J].現代電子技術，2012，35（2）：100?101.

摘 要： 為了更好的檢查飛控采集器的動態采集能力，設計并實現了一種便攜式飛控計算機數據模擬器，具有體積小、重量輕、可靠性高、不需要外接電源等優點。首先說明了該模擬器的實現方案和系統組成，然后詳細闡述了各個組成模塊的工作原理，該模擬器已應用在實際的數據調試、檢查以及故障排除工作中，能夠提高工作效率，并且穩定性好。

關鍵字： 飛控計算機； 模擬器； MCU控制器； 1553編碼器

中圖分類號： TN914?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）11?0104?03

Abstract：In order to check the dynamic acquisition ability of flight?control collector， a portable data simulator for flight?control computer was designed. It has the advantages of small volvme， light weight and high reliability， and does not need any external power supply. The implementation scheme and system composition of the simulator are illustrated. The working principle of each module is expounded in detail. The simulator has been applied to the actual data debugging， check and troubleshooting. It has improved the work efficiency， and has high stability.

Keywords： flight?control computer； simulator； MCU Controller； 1553 coder

0 引 言

飛控計算機數據模擬器具有體積小、功能全、涉及的知識面廣、應用范圍寬的特點。數據模擬器由模擬器外設和應用軟件兩部分組成，應用軟件安裝在計算機上，通過計算機的USB口和模擬器外設連接，輸出A、B、C、D四冗余通道數據，分別模擬四臺飛控計算機的1553B總線輸出信號。每個通道的四個表號數據內容都可以通過軟件任意設置，另外為了更好的檢查飛控采集器的動態采集能力，在模擬的數據信號中設有“系統計數字”方便飛控采集器的動態采集性能檢查。

1 設計方案

飛控計算機數據模擬器由模擬器外設和計算機兩部分組成，其中計算機主要完成參數設置、下載和各通道運行狀態控制以及運行狀態監控，模擬器外設主要功能是接收計算機發送過來的數據并將數據轉換成所需的1553B編碼格式進行循環輸出。如圖1所示。

選取這種方案的原因是這種方案可以借用原有的外場檢查設備（即筆記本電腦），在不增加設備的情況下，做到體積小，重量輕，不需要外接電源（直接由筆記本電腦的USB接口供電）。

2 工作原理及功能實現

2.1 系統組成

飛控計算機數據模擬器系統框圖如圖2所示。

由圖2可以看出，在上位計算機中主要要完成人機交互界面、底層驅動程序兩部分工作。在下位機模擬器外設中主要完成單片機固件程序、模擬器外設硬件兩部分工作。

2.2 模塊介紹

2.2.1 人機交互界面

人機交互界面程序是為了使用戶在Windows XP中方便的實現飛控參數的設置、下載等功能，使用C++ Builder語言來實現，主界面效果圖如圖3所示。

2.2.2 底層驅動程序

底層驅動程序是通過現有的動態鏈接庫實現，直接調用即可。

2.2.3 單片機固件程序

單片機固件程序是使用KeilC軟件編程實現的，模擬器固件程序主要分為主模塊程序、USB通信子程序、中斷子程序三部分。其中主模塊流程圖如圖4所示。

板卡初始化包括晶振時鐘初始化、端口初始化、FLASH存儲器初始化、地址指針初始化、輸出位速率初始化。

USB初始化包括廠商信息字符定義、USB狀態變量初始化、USB信息變量初始化、USB傳遞數據緩沖區指針初始化。

定時中斷初始化進行定時器時鐘初始化，設置15 ms定時中斷控制塊速率。

USB中斷：當計算機發送USB指令時，產生USB中斷，根據USB狀態機選擇進行不同的響應，在USB接收狀態建立、文件接收狀態、應答狀態建立、文件發送狀態等狀態間進行切換，完成USB文件收發或命令解釋執行。USB主要狀態描述如圖5所示。

定時器中斷：完成塊速率輸出，當輸出允許時，每15 ms輸出一個塊。從FLASH中取出256個數據，放入輸出緩沖區，根據位速率將數據發送到輸出信號線上。

2.2.4 模擬器外設硬件

在MCU控制下，計算機通過USB接口將設置好的數據及配置信息，下載到FLASH數據存儲器中，下載完成后，同時MCU根據配置信息，配置發送表號數據和通道數據。在啟動數據發送時，MCU控制器將數據讀入RAM中，并將16位并行數據發送到并/串轉換電路。

在模擬器發送狀態下，會定時返回發送的幀數信息，用戶可在應用軟件的操作界面中清楚的觀察到模擬器外設的工作狀態。

在模擬器發送狀態下，用戶可以通過USB總線控制輸出驅動允許和禁止數據輸出，從而模擬實際使用中信號的不正常狀態。

FLASH存儲器的存儲結構如圖7所示。

并/串轉換就是將MCU輸出的16位并行數據轉換成串行數據輸出到1553編碼器。

1553編碼器的主要功能是將輸入的16位串行數據編碼成格式要求的曼徹斯特Ⅱ型碼進行輸出，曼徹斯特Ⅱ型碼由20位構成如圖8所示。

驅動輸出電路是將1553編碼器輸出的1路串行數據轉換成4路RS 422電平驅動輸出，分別模擬飛控計算機的A、B、C、D四個通道，另外，四個通道可以通過MCU獨立來控制輸出和禁止，用于模擬故障狀態。

3 結 語

目前飛控計算機模擬器已成功應用于某采集器的調試、檢查以及故障排除，使用十分方便，并得到了用戶的認可。同時這種模擬器設計的方案還可延伸到其他模擬器的設計當中去，具有廣闊的開發前景。

參考文獻

[1] 李全利.單片機原理及接口技術[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 白延敏.51單片機典型系統開發實例精講[M].北京：電子工業出版社，2009.

[3] 彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例[M].北京：電子工業出版社，2009.

[4] 楊凱.MIL?STD?1553B總線曼徹斯特碼編碼器的設計與實現[D].成都：四川大學，2006.

[5] 羅中偉，張遂南，徐嘉良.PCI總線數據模擬器設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：67?70.

[6] 李厚春，張小林.小型無人機飛控計算機設計[J].現代電子技術，2012，35（2）：100?101.