基于MSC1210的彈載存儲記錄裝置設計

屈澳林

（中山職業技術學院，廣東中山 528404）

0 引言

彈載存儲記錄裝置作為一種數據采集和記錄裝置，在武器系統中，尤其是引信動態性能測試和試驗中得到了廣泛的應用。通過遙測來記錄彈丸飛行數據的裝置和采用通用裝置來實現彈載存儲記錄的裝置，雖然可以適應一定環境下的測量，但隨著引信功能的擴展和體積的縮小，這樣的裝置越來越不能滿足引信測試的要求。目前彈載存儲記錄裝置正朝著小體積、高可靠性、高精度、多通道的方向發展。

1 MSC1210芯片的特點

MSC1210芯片集成了大量的模擬和數字外圍器件，具有很強的數據處理能力。它具有以下特點[1-3]：硬件設計簡單，節省時間；采集的數據精度高，可達24位；集成度高，體積小，功耗低；抗干擾能力強，抗過載能力高，可靠性好；采集路數更多，最多可8路數據同時進行采集和記錄；芯片處理速度高（8.25MIPS）；可編程增益放大（PGA）可調整測量范圍；帶可編程電源管理模塊，空閑方式下電流小于1 mA；停止方式下電流小于1μA。

2 彈載存儲記錄裝置的特點及技術要求[3][4]

以炮射末制導炮彈飛行環境檢測為背景，介紹MSC1210芯片在彈載存儲記錄裝置中的應用。炮射末制導炮彈為低轉速炮彈，彈丸微旋（6～10 r/s），離心過載很小，最大發射過載為15 000 g。炮彈飛行環境的檢測主要為引信安全系統的設計提供基礎數據。由于武器系統的測試裝置經常要經受高沖擊過載的作用，因此要求彈載存儲記錄裝置的體積要小、抗高過載能力和抗強干擾能力要強[4-5]。

3 彈載存儲記錄裝置的設計

3.1 彈載存儲記錄裝置組成框圖及分析

該裝置采用現場實時數據采集存儲和離線處理的方法對彈丸的飛行環境進行測試，即在測試過程中不進行人工干預。發射時電源被激活，數據采集記錄裝置開始工作，待測試完成，對裝置進行回收，然后通過接口電路將存儲在裝置中的采集數據上傳到計算機中再進行處理和分析。系統設計的重點在于：在保證實時數據采集的情況下盡量對裝置進行集成以減小體積和功耗，增強裝置在高沖擊過載環境下工作的可靠性[6-7]。系統框圖如圖1所示。

圖1 彈載存儲記錄裝置框圖

3.2 系統原理圖及分析

彈載存儲記錄裝置電路簡化原理圖如圖2所示，整個裝置由傳感器、單片機MSC1210、非易失性SRAM、電源組成。為了減小裝置體積和降低功耗，所有器件均選用表面貼封裝的元件。傳感器可選擇體積小、耐沖擊的微機電加速度傳感器。DS1230Y就可以恢復正常操作。

整個裝置電路布局采用了高度集成技術、模塊化設計和電磁屏蔽技術，提高了裝置的可靠性和抗干擾能力[8]。

3.3 軟件設計

系統軟件主要由主程序、中斷子程序、采集子程序和通訊子程序組成。其中主程序主要完成系統初始化操作，使系統處于低功耗等待狀態，并在適當的時候啟動裝置工作。中斷子程序用于啟動裝置進入正常的工作狀態，即進行數據的采集或數據的回收傳輸工作。數據采集子程序完成數據的采集和存儲工作。通訊子程序完成對所采集數據的回收處理工作，它包括兩部分組成：其中一部分是將數據采集裝置中的數據發送給計算機的程序；另一部分是計算機中的數據接受程序。系統主程序和中斷子程序流程如圖3、4所示。

圖2 彈載存儲記錄裝置電路簡化原理圖

單片機MSC1210芯片內的低電壓檢測和掉電鎖定復位電路省去了傳統的外部電路。MSC1210芯片內部集成的8路24位A/D采樣電路不僅使數據采集系統的精度非常高，更是簡化了系統的硬件設計。中間用一塊軍用鎖存器54LS373作為片外存儲器的低8位地址鎖存器。

數據存儲器采用具有當代先進技術水平的軍用非易失性SRAM芯片DS1230Y，它除了讀、寫操作與SRAM完全相同之外，還具有數據保持工作方式。它采用先進的電源切換技術，當電源電壓跌落到容限值以下時就自動進行寫保護。這時所有的輸入信號都無效，所有輸出線都為高阻狀態。當電源電壓跌落到3 V以下時，芯片內的電源開關電路自動切換到片內鋰電池給芯片供電；實現了數據的快速存儲和斷電數據保護功能。當電源恢復時，數據儲存器

為了提高整個裝置的抗干擾能力，采用了多級觸發方式工作，以防止干擾信號誤觸發程序運行。系統中設置了3個觸發開關。觸發開關1使系統從低功耗等待狀態進入正常工作狀態，準備數據采集；觸發開關2為數據回放開關，用于系統回收后的數據讀出啟動；觸發開關3為數據采集觸發開關，用于啟動數據采集。

在軟件設計中使用了停機模式，這種工作方式由MSC1210中的一個電源控制寄存器PCON（87H）控制。在程序啟動前和數據采集完畢后將相應位（PCON.0）置位，則進入停機模式[8]。在該模式下，只有使用外部中斷0和外部中斷1才能再次激活程序。這樣也進一步降低了整個裝置的功耗，提高了裝置的抗干擾性能，提高了裝置的可靠性。

圖3 主程序流程圖

4 結論

給出了一種彈載存儲記錄裝置的設計方案，該方案在炮射末制導炮彈飛行環境測試中，采用微機電加速度傳感器檢測彈丸的離心加速度和前沖加速度，為引信安全系統的設計提供彈道參數，或對引信的性能進行測試。另外該裝置只要增加其他的傳感器和對程序稍作修改就可進行更多參數的采集記錄，最多可同時采集記錄8個參數的數據。

該彈載存儲記錄裝置利用MSC1210芯片的優越性能，簡化了軟硬件設計，縮小了體積，提高了系統的可靠性。它能夠承受高沖擊過載，可用于各種口徑彈的飛行環境信息的檢測。