某型地空導彈電子設備靜態測試系統設計

摘要：本系統以AT89C51單片機作為控制核心，利用繼電器控制電路采集多路電壓信號，經過信號整合、緩存和AD轉換，將多路電壓信號以數字形式在液晶屏上集中顯示。本文給出了系統硬件電路的設計和系統功能實現的主程序流程圖。該系統運行可靠、性能穩定，可實現靜態參數的快速精準測試。

關鍵詞：多路電壓測量；靜態測試；MCU控制

引言

某型地空導彈電子設備靜態參數測試屬于一級維護工作內容，每周車炮場日和實彈射擊前都要進行該項目的維護，目的是對電子設備各組合的靜態工作點交、直流電壓參數進行測試，用以檢查電子設備組合的性能及參數正常與否，以保證處于良好的工作狀態及性能。目前，該型地空導彈電子設備靜態測試采用人工方式，通過三用表和測試盒配合來進行測試，每次操作只能測量一個電壓參數，而且電子設備組合多、每個組合參數多，存在測試耗時長、精度低、操作繁瑣等問題。因此，基于單片機技術的多路電壓測量方法運用于靜態測試具有重要的意義和作用，可以實現靜態參數的自動、快速、精準測試。

一、靜態測試系統的工作原理

靜態測試系統利用繼電器控制電路采集多路電壓信號，通過信號整合電路將電壓信號整合成0～5V的標準直流信號，經過數據緩存電路的暫時鎖存，然后再經過模數轉換器將模擬電壓信號轉換為數字信號，最后經過單片機相應的處理后，將所測量的電壓信號在液晶屏上顯示出來。設計的靜態測試系統主要包括單片機控制、信號采集、信號整合、數據緩存、模數轉換、顯示輸出和鍵盤模塊。系統設計總體思路框圖如圖1所示。

二、硬件電路設計

（一）信號采集模塊

鑒于對電子設備組合最多13路的工作電壓測量，采用13路信號繼電器，在MCU的控制下完成組合各路信號通道的選通，信號采集周期為500ms。信號采集電路如圖2所示。

在信號采集電路（只選取了2路作為說明）中，S和S1為信號的電源兩端，忽略了測量信號的類型；通過繼電器后，會輸入給SN和SN1信號供后續電路的使用。在本系統中只能允許一路信號的短時間占用，其余信號都處于等待狀態，待信號完成采集后，MCU會產生一個控制繼電器的信號NPN1，來控制繼電器的轉換。

繼電器控制信號來自MCU，信號的類型和數值都是MCU內部計算后輸出，是帶有選擇性的信號?？梢詫崿F對各個繼電器選擇信號通道的轉換。在500ms內將一路信號依次選通完成信號采集，實現數據轉換完成數據存儲工作。

（二）信號整合模塊

采集后的電壓信號由繼電器分配給運算放大器U20，經過運算放大器的數據處理，將不同的電壓信號（交流信號、直流信號、高電壓信號、低電壓信號）整合成0～5V直流信號以供AD模數轉換器采集。信號整合電路如圖3所示。

本電路U20選用LM224（四運放集成電路，內部包含四組形式完全相同的運算放大器，具有電源電壓范圍寬，靜態功耗小等優點），本身沒有數據的計算能力，只能通過外圍電路的配合，采用反向比例運算電路結合精密電阻的數值完成信號的整合和轉換。

若直流信號輸入后電路會切換到S_DC+或者S_DC-電路的測量中，若交流信號輸入后，在MCU的處理下回切換到S_AC進行處理。信號的倍數關系在CD4501（單8通道數字控制模擬電子開關）的選擇下進行級數配給。

MCU對信號的選擇控制是通過MCU對CD4502（雙4選1的多路模擬選擇開關）控制來完成信號選擇，并對信號的最終處理轉換提供了輸出接口。

（三）數據緩存模塊

信號采集時間和處理時間不一致，因此采用了LF398數據鎖存緩沖器，作為中間信號的鎖存和緩沖。LF398具有采樣和保持功能，是一種模擬信號存儲器，在邏輯指令控制下，對輸入的模擬量進行采樣和寄存。三路整合好的信號S_DC-、S_DC+和AC_DC信號輸入到LF398中后，鎖存在內部，電壓形式沒有改變，電容是其保持電壓的關鍵部件。三路輸出信號SIGNALx，經過部分雜波和干擾處理，直接為后續AD轉換電路提供標準信號。數據緩存電路如圖4所示。

（四）模數轉換模塊

由于MCU處理的是數字信號，而前面處理的信號都是模擬信號，因此設計了模數轉換電路，將模擬信號處理成數字信號，供MCU分析使用。模數轉換器采用了較為先進的ADC0809（帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件），并行輸出，提供8位的高分辨率，為保證信號的準確性提供了較為可靠的保證。但該芯片沒有內部晶振，需要外部提供脈沖信號，74LS74是常用的1/12信號脈沖芯片。將MCU的ALE脈沖信號引入到芯片內，通過分頻完成CLK脈沖信號輸出，供給ADC0809作為時間基準使用信號轉換。模數轉換電路圖5所示。

（五）MCU控制模塊

控制器MCU部分采用性價比較高的AT89C51（低功耗，高性能 CMOS8位單片機，片內含4k字節的可系統編程的Flash只讀程序存儲器）作為核心處理單元，晶振選用11.0592MHz，采用上電復位和手動復位兩種方式，通過開發C語言程序，控制各電路完成多路電壓測量工作。單片機控制電路如圖6所示。

（六）顯示輸出模塊

液晶顯示模塊采用12864LCD液晶顯示屏，它是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；顯示分辨率為128×64，且LCD 控制器/驅動器芯片已綁定到LCD 晶片上；低電壓低功耗，適合于電池供電的便攜式通信設備和測試設備中。液晶顯示模塊在單片機的控制下，將被測電子組合的電壓信號以數字形式在液晶屏上顯示出來。

三 、 軟件設計

系統以KEIL軟件為開發平臺，通過C語言編寫單片機應用程序。軟件設計主要包括四個方面：一是初始化程序；二是繼電器和運算放大器電阻配置程序；三是信號處理程序；四是顯示輸出程序。程序采用模塊化的結構，這樣程序結構清楚，易編程和易讀性好，也便于調試和修改。程序由主程序和若干子程序組成，主程序的功能是系統初始化，管理和調用各個子程序。主程序流程圖如圖7所示。

四、 結論

本系統具有測試精確、結構簡單、攜帶方便等優點，經過長期運行測試，性能穩定可靠，已開發成產品，應用于某型地空導彈電子設備靜態參數測試，大大縮短了測試時間，提高了測試精度，具有一定的軍事應用價值。

參考文獻：

[1]張毅剛.新編MCS-51單片機應用設計.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2003

[2]譚浩強.C程序設計（第四版）.北京：清華大學出版社，2010

[3]鄭鋒等.51單片機典型應用開發范例大全.北京：中國鐵道出版社，2011

[4]郭天祥.新概念51單片機C語言教程.北京：電子工業出版社，2011

作者簡介：張兵，男，1978年11月出生，本科學歷，工程師，從事兵器理論和自動測試