基于C8051F040的炮塔方位角測試系統(tǒng)設(shè)計

摘要：提出一種基于C28051F040的炮塔方位角測試系統(tǒng)的設(shè)計方案，給出測試系統(tǒng)的各個模塊軟硬件設(shè)計。炮塔方位角測試系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集．?dāng)?shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)顯示等功能于一體，實現(xiàn)了炮塔方位角裝置的離線檢測。系統(tǒng)軟件采用C51編寫，對單片機(jī)進(jìn)行有效電源管理，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。
關(guān)鍵詞：炮塔方位角；測試系統(tǒng)；C8051F040；設(shè)計

1 引言
隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，測試系統(tǒng)的信息化是實現(xiàn)我軍裝備現(xiàn)代化建設(shè)主要途徑，當(dāng)務(wù)之急應(yīng)該用高新技術(shù)提升老裝備的性能。這既是提升現(xiàn)有武器裝備的一個重要環(huán)節(jié)，又是最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有裝備整體作戰(zhàn)效能的一個重要因素。我國現(xiàn)役的炮塔方位角系統(tǒng)中．老型號較多，大部分沒有配備自動檢測和錄取設(shè)備。炮塔方位角系統(tǒng)的各種參數(shù)的計算、數(shù)據(jù)的處理和上報大多數(shù)由人工進(jìn)行，難以勝任復(fù)雜環(huán)境下快速、準(zhǔn)確采集。為適應(yīng)現(xiàn)代化炮塔方位角系統(tǒng)的要求，必須具有一套自動采集和分析能力的完整測試系統(tǒng)。

2 主要器件簡介
2．1 C8051F040單片機(jī)
C8051F040是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型單片機(jī)MCU。內(nèi)核采用高速、流水線結(jié)構(gòu)的805l兼容的CIP-51內(nèi)核；控制器局域網(wǎng)(CAN2．OB)控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有其自己的標(biāo)識；8位500 Ks／s的MI)轉(zhuǎn)換器，帶PGA和8通道模擬多路開關(guān)；64KB在系統(tǒng)編程的Flash存儲器：具有SPI、SMBus、I2C接口和2個UART串行接口；VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器真正能獨立工作的片上系統(tǒng)：片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、觀察點、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG調(diào)試時，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行；每個MCU都可工作在工業(yè)溫度范圍(-45°C～+85°C)內(nèi)，工作電壓為2．7～3．6 V。端口I／O、RST和JTAG引腳都容許5 V的輸入信號電壓。
2．2 CAN控制器SJA：1000
SJAl000的內(nèi)部主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發(fā)送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIF0)、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路等構(gòu)成。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向控制提供中斷信息及狀態(tài)信息。CPU的控制經(jīng)IML把要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入TXB，TXB中的數(shù)據(jù)由BSP處理后經(jīng)BTL輸出到CAN總線。BTL始終監(jiān)視CAN總線．當(dāng)檢測到有效的信息頭“隱性電平一控制電平”的轉(zhuǎn)換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理．并由ASP過濾，只有當(dāng)接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫人RXB或RXFIIFO中。RXFIFO最多可緩存64字節(jié)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被CPU讀取。EML負(fù)責(zé)傳遞層中調(diào)制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使BSP和IML進(jìn)行錯誤統(tǒng)計。
2．3 CAN收發(fā)器PCA82C250
PCA82C250是工業(yè)環(huán)境控制器局域網(wǎng)(CAN)的高集成度獨立控制器。它具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性。它具有簡單總線，可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。電子控制單元(ECU)的應(yīng)用層由微控制器提供。PCA82C250在一般工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用中可以減少導(dǎo)線設(shè)置，并且增強(qiáng)診斷和監(jiān)控能力。其主要特性：多主結(jié)構(gòu)、可連接各種類型的微控制器接口、總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報文標(biāo)識符)、2032種報文標(biāo)識符、對于高優(yōu)先權(quán)報文確保等待時間、強(qiáng)有力的錯誤處理能力、0～8個字節(jié)數(shù)據(jù)長度、可組態(tài)總線接口、成組和廣播報文功能、無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁、帶有位填充功能的非歸零編碼／解碼、傳輸速率可編程、時鐘頻率為16 MHz。

3 系統(tǒng)設(shè)計
炮塔方位角測試系統(tǒng)主要采集和處理由自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的位置信號；并實時通過LED顯示和通過CAN總線向外輸出位置信息。圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，主要包括主控模塊、2路SDC數(shù)據(jù)采集電路、LED顯示模塊、CAN通信模塊等。

3．1 硬件電路設(shè)計
圖2為硬件電路設(shè)計框圖。該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計是以C8051F040單片機(jī)為核心，采用16ZSZ／XSZ-02(16位連續(xù)跟蹤的自整角機(jī)／旋轉(zhuǎn)變壓器一數(shù)字轉(zhuǎn)換器)采集單元，SJAl000CAN控制器外加驅(qū)動控制器PCA80C250為通信系統(tǒng)。

為了增強(qiáng)控制節(jié)點的抗干擾能力，防止線路間串?dāng)_，SJAl000通過光耦6N137與PCA82C250相連，從而使總線上各個CAN節(jié)點實現(xiàn)隔離，以保護(hù)CAN控制器。PCA82C250是CAN總線收發(fā)器，是CAN控制器SJAl000與CAN總線的接口器件，對CAN總線以差分式發(fā)送。其引腳RS用于選擇PCA82C250的工作模式為高速、斜率控制或等待。引腳。RS接地，PCA82C250為高速方式：引腳RS串聯(lián)一只15~200 kΩ的電阻R后再接地，用于控制上升和下降斜率，以減少射頻干擾。引腳RS接高電平，PCA82C250處于等待工作方式。此時發(fā)送器關(guān)閉，接收器處于低電流工作狀態(tài)，可以對總線上的顯性位作出反應(yīng)。若PCA82C250處于CAN總線的網(wǎng)絡(luò)終端，總線接口部分必須加一只120Ω的匹配電阻，用以保護(hù)PCA82C250避免遭受過流沖擊。通用陣列邏輯GAL(Generic-Alray Lbgic)是一種電可擦除的可編程的新型PLD器件，在該系統(tǒng)中主要用于構(gòu)成譯碼電路，實現(xiàn)SJAl000的片選。主控電路如圖3所示。

3．2 軟件實現(xiàn)
該系統(tǒng)軟件功能主要包括數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、異常處理模塊等5部分，如圖4所示。其中，數(shù)據(jù)顯示模塊主要完成自整角機(jī)實時方位數(shù)據(jù)的顯示，顯示器為6位，分辨率為0．01密位；數(shù)據(jù)處理模塊主要完成粗、精合成以及糾錯功能；數(shù)據(jù)采集模塊主要完成由粗、精SDC通道值的二進(jìn)制角度編碼；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊主要完成通過CAN總線的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送；異常處理模塊主要完成系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，整個系統(tǒng)可軟件復(fù)位。

該系統(tǒng)軟件設(shè)計主要實現(xiàn)炮塔方位角數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示和CAN通信的功能。系統(tǒng)初始化后．先選擇同步信號類型(內(nèi)同步或外同步)，然后開始同時接收兩路SDC信號，根據(jù)組合算法對兩路SDC數(shù)據(jù)進(jìn)行組合、糾錯，最后通過LED實時顯示，并且通過CAN向外部設(shè)備實時傳送方位角數(shù)據(jù)。軟件流程圖如圖5所示。

4 結(jié)語
炮塔方位角測試系統(tǒng)是以比C8051F040單片機(jī)為核心，實現(xiàn)自整角機(jī)和旋轉(zhuǎn)變壓器的離線檢測，大大提高測試效率。該測試系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，以及高可靠性等優(yōu)點。試驗證明，檢測系統(tǒng)工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，操作方便，精度高。因此，該系統(tǒng)設(shè)計合理，具有良好的使用價值。