無線電高度表信號模擬器控制/顯示模塊程序設(shè)計(jì)

唐金元，張鵬明，王思臣

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

無線電高度表信號模擬器控制/顯示模塊程序設(shè)計(jì)

唐金元，張鵬明，王思臣

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

設(shè)計(jì)一套無線電高度表信號模擬器控制/顯示模塊組件，主控制單元（MCU）檢測操作鍵盤的按鍵操作，向外部的射頻信號延時/衰減模塊發(fā)送相應(yīng)的模擬高度選擇和功率衰減值設(shè)置控制信號，同時向其顯示驅(qū)動芯片發(fā)送相應(yīng)的顯示控制信號，實(shí)現(xiàn)控制、顯示功能。

無線高度表；信號模擬器；控制單片機(jī)；程序設(shè)計(jì)

0 引言

無線電高度表是飛機(jī)上最基本的無線電導(dǎo)航設(shè)備，用于測量并標(biāo)示飛機(jī)飛行期間距地面（水面）的真實(shí)高度，以保證飛機(jī)安全飛行。無線電高度表需定期或不定期地進(jìn)行性能測試（檢測）工作，以保證設(shè)備性能指標(biāo)的完好性。無線電高度表信號模擬器是無線電高度表進(jìn)行性能測試和檢修時必需的的專用儀器，用于模擬產(chǎn)生不同高度值對應(yīng)的不同射頻調(diào)制信號，在其他測試儀器配合下完成無線電高度表測高精度、靈敏度等主要性能指標(biāo)的定量測試。

某型無線電高度表信號模擬器（圖1）由3個功能模塊組成：射頻信號延時/衰減模塊、控制/顯示模塊和電源模塊。其中，射頻信號延時/衰減模塊用于將被測無線電高度表收發(fā)機(jī)輸出的射頻調(diào)制信號進(jìn)行不同數(shù)值的延時和功率衰減，再送回高度表收發(fā)機(jī)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)不同飛行高度值的模擬；控制/顯示模塊用于產(chǎn)生射頻信號延時/衰減模塊所需的模擬高度選擇控制信號和功率衰減值設(shè)置控制信號，并顯示所設(shè)定的模擬高度數(shù)值和衰減功率值，實(shí)現(xiàn)“人－機(jī)”交互的控制、顯示功能；電源模塊用于將內(nèi)置鋰電池的15～21 V直流電壓或外接27 V直流電壓轉(zhuǎn)換為+12 V直流電壓，提供給上述2個功能模塊控制/顯示模塊完成模擬器工作流程的控制和人機(jī)交互功能的實(shí)現(xiàn)。

圖1 無線電高度表信號模擬器各功能模塊間的信號連接關(guān)系

1 控制/顯示模塊硬件電路工作原理

無線電高度表信號模擬器控制/顯示模塊的硬件電路原理如圖2所示。

控制/顯示模塊主要由主控電路（主控制單元MCU、模擬高度值/功率衰減值設(shè)置鍵盤電路、模擬高度值/功率衰減值控制信號輸出調(diào)理/驅(qū)動電路等）、顯示電路（模擬高度值/功率衰減值顯示屏和顯示驅(qū)動電路等）、故障監(jiān)測與指示電路和電源電壓變換電路等部分組成。工作時，主控制單元（MCU）接收模擬高度值/功率衰減值設(shè)置鍵盤電路的模擬高度值和功率衰減值設(shè)置信號，產(chǎn)生相應(yīng)的模擬高度值選擇控制信號和功率衰減值設(shè)置控制信號，經(jīng)模擬高度值/功率衰減值控制信號輸出調(diào)理/驅(qū)動電路驅(qū)動后，傳送給外部的射頻信號延時/衰減模塊；MCU產(chǎn)生模擬高度值和功率衰減值顯示控制信號，送至模擬高度值/功率衰減值顯示驅(qū)動電路，經(jīng)驅(qū)動后點(diǎn)亮模擬高度值和功率衰減值顯示屏，使其同步顯示出所設(shè)定的模擬高度值和功率衰減值。同時MCU還隨時接收來自故障監(jiān)測與指示電路的故障警告信號，有故障時使操作控制面板上的“故障”警告燈燃亮。

本設(shè)計(jì)中，MCU為單片機(jī)控制系統(tǒng)，選用C8051F320單片機(jī)；模擬高度值/功率衰減值設(shè)置鍵盤選用專制的壓膜式行列式鍵盤（共16個按鍵，其中模擬高度值設(shè)置按鍵12個，功率衰減值設(shè)置按鍵4個）。MCU采用行列掃描的方式對鍵盤上的按鍵狀態(tài)進(jìn)行掃描檢測。MCU輸出模擬高度值選擇控制信號（表1）和功率衰減量設(shè)置控制信號（表2）指令的同時，還產(chǎn)生模擬高度值和功率衰減值顯示控制信號指令至顯示電路。模擬高度值和功率衰減值的顯示屏分別采用1片4位數(shù)字段碼式液晶屏EDS815，選取PCF8576作為EDS815的顯示驅(qū)動芯片。

圖2 控制/顯示模塊硬件電路組成框圖

圖3 控制/顯示模塊程序工作流程圖

表1 模擬高度值選擇控制信號(C4～C1)真值表

表2 功率衰減量設(shè)置控制信號(D7～D1)真值表

2 程序工作流程圖設(shè)計(jì)

在進(jìn)行無線電高度表信號模擬器控制/顯示模塊程序設(shè)計(jì)時，首先依據(jù)任務(wù)需求和電路工作原理，設(shè)計(jì)出程序工作流程圖，如圖3所示。

控制/顯示模塊上電后，C8051F320單片機(jī)開始運(yùn)行。首先對內(nèi)部時鐘和各個輸出端口進(jìn)行初始化，然后顯示初始化模擬高度值（0 m）和初始化功率衰減值（55 dB），并輸出對應(yīng)的模擬高度值選擇控制信號（C4～C1）和功率衰減值設(shè)置控制信號（D7～D1）。

初始化工作完成后，C8051F320單片機(jī)開始檢測控制面板的按鍵狀態(tài)。若檢測到鍵盤按鍵被按下，則立即通過行列式掃描的方式獲得按鍵對應(yīng)的返回值（1～16），并判斷該返回值對應(yīng)的是模擬高度值設(shè)置按鍵還是功率衰減量設(shè)置按鍵，若對應(yīng)的是模擬高度值設(shè)置按鍵，則獲取相應(yīng)的模擬高度值，使模擬高度值顯示液晶屏顯示當(dāng)前模擬高度值，然后更改模擬高度值選擇控制信號，通過端口輸出；若對應(yīng)的是功率衰減量設(shè)置按鍵，則獲取相應(yīng)的功率衰減量變化值（+1、-1、+10或-10），并與前一狀態(tài)衰減值進(jìn)行運(yùn)算，得到當(dāng)前狀態(tài)的功率衰減值，使功率衰減值顯示液晶屏顯示當(dāng)前的功率衰減值，然后更改功率衰減量設(shè)置控制信號，通過相應(yīng)端口輸出。

完成對顯示數(shù)值和輸出控制信號的更改后，C8051F320主控芯片繼續(xù)將輸出控制信號C4～C1，D7～D1分別與模擬高度值、功率衰減量進(jìn)行對比，若兩者的對應(yīng)關(guān)系與真值表不一致，則輸出故障指示信號，使故障指示燈燃亮。

3 程序設(shè)計(jì)

控制/顯示模塊的程序設(shè)計(jì)采用C語言作為編程語言，選用Keil C51編譯器作為程序編譯器。

3.1 程序架構(gòu)圖設(shè)計(jì)

控制/顯示模塊的程序架構(gòu)如圖4所示。

采用main.c程序作為主程序，采用time.c、pcf8576.c、numkey.c程序作為子程序，在主程序中調(diào)用上述3個子程序。子程序中，time.c編寫時鐘初始化函數(shù)，pcf8576.c編寫PCF8576顯示驅(qū)動芯片的初始化和數(shù)值顯示函數(shù)，numkey.c編寫鍵盤按鍵狀態(tài)檢測函數(shù)。

圖4 控制/顯示模塊程序架構(gòu)圖

3.2 main.c程序設(shè)計(jì)

main.c主程序編寫main主函數(shù)、輸入/輸出端口初始化函數(shù)和輸出端口檢測函數(shù)。其中main主函數(shù)控制C8051F320單片機(jī)程序運(yùn)行流程和邏輯。為了響應(yīng)鍵盤按鍵返回的1～16數(shù)值并產(chǎn)生相應(yīng)的模擬高度值（4位10進(jìn)制）或者功率衰減值（3位10進(jìn)制），main函數(shù)中采用switch語句掃描鍵盤按鍵返回值。當(dāng)搜索到一個與鍵盤按鍵返回值相匹配的標(biāo)簽時，程序跳轉(zhuǎn)到標(biāo)簽所在行，然后將對應(yīng)的模擬高度值或者功率衰減值賦值給變量；輸出端口檢測函數(shù)“Port_check”比較輸出信號電平是否與處理結(jié)果一致，若不一致則輸出故障信號，使故障指示燈燃亮；

通過switch語句響應(yīng)獲得模擬高度值和功率衰減值后，需要將模擬高度值（4位10進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為模擬高度值選擇控制信號（4位2進(jìn)制，C4～C1），將功率衰減值（3位10進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為衰減值設(shè)置控制信號（7位2進(jìn)制，D7～D1）。

3.3 time.c程序設(shè)計(jì)

time.c程序中編寫定時器初始化函數(shù)“Time_init”、時間延遲函數(shù)“delay1us”和定時器中斷函數(shù)“Timer0_int”。其中定時器初始化函數(shù)“Time_init”將單片機(jī)內(nèi)部時鐘恢復(fù)至初始狀態(tài)；時間延遲函數(shù)“delay1us”通過單片機(jī)計(jì)時原理使時間延遲1us；定時器中斷函數(shù)“Timer0_int”使單片機(jī)定時器中斷。

3.4 pcf8576.c程序設(shè)計(jì)

pcf8576.c程序中編寫2片EDS815液晶屏顯示驅(qū)動芯片PCF8576的控制程序，包括顯示初始化函數(shù)、顯示清除函數(shù)、顯示信號處理函數(shù)和顯示保持函數(shù)等。從鍵盤輸入的按鍵信號經(jīng)過main主函數(shù)處理后得到模擬高度值（4位10進(jìn)制）和功率衰減值（3位10進(jìn)制），顯示信號處理函數(shù)將10進(jìn)制數(shù)字運(yùn)算、分解，得到PCF8576可以識別的顯示控制信號，驅(qū)動EDS815顯示對應(yīng)的模擬高度值和功率衰減值。當(dāng)鍵盤沒有按鍵按下時，顯示保持函數(shù)仍控制PCF8576驅(qū)動EDS815，使得EDS815仍顯示之前的模擬高度值和功率衰減值。當(dāng)按鍵狀態(tài)變化時，程序自動運(yùn)行顯示清除函數(shù)、顯示初始化函數(shù)和顯示信號處理函數(shù)，控制PCF8576驅(qū)動EDS815顯示新的模擬高度值和功率衰減值。

3.5 numkey.c程序設(shè)計(jì)

numkey.c程序中編寫鍵盤狀態(tài)識別函數(shù)“Numkey_scan”和按鍵輸入函數(shù)“Numkey_check”。當(dāng)鍵盤沒有按鍵被按下時，鍵盤狀態(tài)識別函數(shù)“Numkey_scan”返回值0；當(dāng)鍵盤有按鍵被按下時，鍵盤狀態(tài)識別函數(shù)“Numkey_scan”返回值1。按鍵輸入函數(shù)“Numkey_check”通過行列掃描的方式判斷按鍵狀態(tài)，返回一個對應(yīng)于按鍵位置的1～16整數(shù)。

4 結(jié)束語

介紹了某型無線電高度表信號模擬器控制/顯示模塊的硬件電路工作原理，重點(diǎn)分析控制/顯示模塊的程序工作流程圖和程序設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)際工程應(yīng)用表明，該型無線電高度表信號模擬器工作可靠，操作簡便，對于提高無線電高度表維護(hù)工作的效率具有積極的意義。

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〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.55