基于ARM處理器的電臺檢測控制器硬件設(shè)計

　　機載電臺擔(dān)負著空空和地空之間通信，為保證電臺性能，需要對其進行定檢。基于單片機的檢測儀存在測量速度慢、可擴展性差的問題;而基于PXI儀器或VXI儀器的檢測儀存在著功耗大、體積大、價格高等缺點。為解決上述問題，利用基于ARM處理器來實現(xiàn)電臺檢測控制器成為重要的發(fā)展方向，ARM是一種高性能、低功耗的RISC結(jié)構(gòu)處理器，由于其出色的性能被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、無線通訊、成像和安全、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等方面，采用基于ARM的電臺檢測控制器具有可移植性強、可擴展性好、抗干擾能力強等優(yōu)點。

　　1 硬件設(shè)計

　　良好的硬件設(shè)計是是解決基于單片機、PXI、VXI等系統(tǒng)的電臺檢測儀問題的關(guān)鍵。為實現(xiàn)硬件結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計，硬件主要分為兩大部分：主控制器電路和調(diào)理電路。為設(shè)計一個具有高性能、低功耗、可擴展性好和低成本檢測儀，主控制器的選擇至關(guān)重要，為滿足檢測儀的可擴展性設(shè)計主控制器必須具備網(wǎng)絡(luò)功能、USB存儲、串行通信、SPI通信、I2C通信、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能模塊，為滿足人機交互設(shè)計的要求，還必須具備必要的頻率預(yù)置電路、顯示電路等。具備這么多功能的控制器以及滿足高性能、低功耗等性能的控制器只有ARM處理器才能完成。根據(jù)某電臺的電氣特性，主控器和電臺之間的通信還必須進行必要的電平轉(zhuǎn)換，另外電臺輸出的響應(yīng)信號不能直接送到主控制器，還必須進行必要的分壓網(wǎng)絡(luò)、阻抗匹配等電路設(shè)計，這就需要調(diào)理電路。主控制器電路和調(diào)理電路相配合來完成電臺的檢測工作，根據(jù)電臺測試需求設(shè)計的硬件整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　1.1 主控制器

　　主控制是電臺檢測控制器的核心，擔(dān)負著信息采集、存儲、網(wǎng)絡(luò)功能以及和電臺通信等重要任務(wù)，主控制的好壞也直接決定了系統(tǒng)性能，經(jīng)對比選擇飛利浦公司的LPC2388作為該電臺的主控制器，該器件是基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的處理器，具有太網(wǎng)控制器、USB控制器、I2C、串行接口等豐富的外設(shè)，可以滿足該檢測儀的需求。歡迎轉(zhuǎn)載，本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com/)

　　1.2 存儲電路

　　為滿足可擴展性、測試結(jié)果可存儲的要求，檢測控制器要把每次對某型電臺測量的結(jié)果保存下來，這就需要有主控制器和無線電綜合測試儀之間能進行通信，某無線電綜合測試儀對外通信有串口通信方式，在測量時可以把通信控制接口連接到無線電綜合的串口線上，這樣就可以把測試結(jié)果讀到控制系統(tǒng)內(nèi)部，想把該信息存儲下來，存儲器就必須滿足可擦寫，為節(jié)省控制器的寶貴的通用I/O口，選擇具有12C通信存儲功能CAT24WC64作為E2PROM，該器件負責(zé)保存電臺性能測試結(jié)果，最多保存50次電臺測試結(jié)果，超過50次，系統(tǒng)自動把原來存儲的測試結(jié)果擦除掉然后再存儲。當(dāng)需要查看系統(tǒng)電臺測試結(jié)果時通過3種方法來實現(xiàn)：1)把USB存儲設(shè)備插入USB存儲接口電路，系統(tǒng)會自動識別該設(shè)備，然后選擇存儲測試結(jié)果按鍵就可以把保存測試結(jié)果保存到USB存儲設(shè)備：2)通過網(wǎng)絡(luò)接口和計算機相連接，然后用遠程控制的方式來讀取測試結(jié)果：3)利用串行通信方式把信息讀到計算機中。

　　1.3 USB存儲接口電路

　　USB接口電路是完成和USB存儲設(shè)備通信的窗口，LPC2388內(nèi)部具有兼容USB2.0協(xié)議的控制器，這種控制器為USB接口設(shè)計提供方便。為滿足系統(tǒng)可靠性，在D+和D-線上分別串接上一只33 Ω的電阻，在D+上還要增加一只1.5 kΩ上拉電阻，為表明USB存儲設(shè)備連接上，在Ul_UPLED引腳上增加一個指示燈，當(dāng)USB存儲設(shè)備連接，指示燈亮。

　　1.4 網(wǎng)絡(luò)接口電路

　　為滿足遠程控制需要，檢測控制器就應(yīng)該具備網(wǎng)絡(luò)控制接口。LPC2388具有10/100 Mb/s以太網(wǎng)通信速率，為保證可靠傳輸，通過內(nèi)部集成了16 KB字節(jié)的以太網(wǎng)控制器專用SDRAM、以太網(wǎng)控制器和ARM7內(nèi)核之間使用高速AHB總線通信，并且使用了專用DMA進行數(shù)據(jù)傳輸來實現(xiàn)。處理器內(nèi)部使用的以太網(wǎng)控制器使用RMII接口，通過與外圍電路PHY芯片DM916lA進行通信就可以實現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。

　　1.5 頻率形成電路

　　電臺檢測儀要想充分地檢測電臺性能，應(yīng)檢測多個頻率點處電臺性能，這樣就要求檢測儀能夠輸出頻率可變的控制碼，頻率控制碼的形成就需要頻率形成電路。頻率形成電路就是通過脈沖整形、計數(shù)，最后進過緩沖送到主控制器。脈沖形成電路利用自復(fù)位開關(guān)來實現(xiàn)，整形電路利用MAX708計數(shù)和緩沖電路分別利用54HCl90和54LVC245來實現(xiàn)，為節(jié)省處理器寶貴的I/O口資源，采用模擬總線的方式來實現(xiàn)，通過鎖存、譯碼電路來控制頻率碼的形成。

　　1.6 顯示、鍵盤電路

　　顯示電路是人機交互的窗口，直接顯示了當(dāng)前檢測儀所處的狀態(tài)和電臺檢測結(jié)果。當(dāng)檢測的電臺不能滿足性能要求時，直接顯示錯誤結(jié)果;鍵盤電路完成檢測儀部分功能的輸入。為保證檢測儀顯示結(jié)果的可靠性，檢測儀顯示電路采用抗干擾性強的LED數(shù)碼管顯示，LED數(shù)碼管的驅(qū)動器選用ZLG7290，ZLG7290利用三線串行碼與ARM處理器進行信息交互，其動態(tài)顯示功能降低了系統(tǒng)功耗。ZLG7290除了用來驅(qū)動顯示數(shù)碼管外，電臺檢測的部分輸入也通過其鍵盤接口來實現(xiàn)，其電路圖如圖2所示。

　　1.7 其他電路

　　一個系統(tǒng)能可靠工作，必須有一系列諸如晶體振蕩、看門狗、電源等電路保證，提供系統(tǒng)工作所必需的時鐘、監(jiān)視電路，晶體振蕩電路提供必須的時鐘信號，看門狗電路在程序運行出現(xiàn)異常時，把微控制器提供復(fù)位信號，增加了系統(tǒng)的魯棒性：電源電路為整個系統(tǒng)電源，采用轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC開關(guān)電源，按功能為系統(tǒng)設(shè)計供電，即為控制電路電源和調(diào)理電路獨立供電：增加了系統(tǒng)的抗干擾性。

　　1.8 調(diào)理電路

　　檢測控制器的工作狀態(tài)和工作時序由主控制器來完成，然而這只是檢測控制器檢能正常工作的一個方面，另外一個重要方面就是調(diào)理電路，其主要由繼電器陣列、分壓網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、電平轉(zhuǎn)換等部分組成?？刂破鬏敵龅男盘栆话悴荒苤苯蛹拥诫娕_內(nèi)部，這主要有兩方面原因：1)檢測控制器輸出的串口數(shù)據(jù)為單端輸出，而該電臺所需要的信號為差分信號;2)控制器輸出的信號電平和格式完全正確，為保證系統(tǒng)的抗干擾性，在控制器的輸出端和電臺輸入端一般要加一個緩沖器，增加系統(tǒng)模塊之間的隔離度。檢測控制器面板的所有控制信息經(jīng)過處理器處理后通過串口發(fā)送給電臺，而電臺所需要的為差分信號，利用DSl6F95來實現(xiàn)信號電平方式的轉(zhuǎn)換。檢測控制器除了測試收發(fā)機性能外還可以測試控制盒的性能，另外也可以利用控制來控制收發(fā)機，從而模擬機上控制盒控制收發(fā)機，在控制盒控制和檢測控制器本身信號不能同時發(fā)送到電臺，這就需要繼電器陣列來完成檢測儀和控制盒之間的轉(zhuǎn)換。另外，為監(jiān)控電臺工作電壓，檢測儀要分時顯示出工作電壓，而工作電臺27V以及內(nèi)部收發(fā)控制電壓等也要顯示，這些電壓需要分壓網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過分壓后送到數(shù)控模擬開關(guān)，控制器輪流監(jiān)視各路電壓。

　　2 軟件架構(gòu)設(shè)計

　　電臺檢測控制器屬于典型的嵌入式控制系統(tǒng)，其性能設(shè)計的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)是否能夠可靠工作。嵌入式軟件設(shè)計和普通的PC機軟件差別較大，由于檢測儀控制關(guān)系復(fù)雜，再加上網(wǎng)絡(luò)接口、USB存儲驅(qū)動、中斷時間控制、定時器設(shè)計、串行通信等因素，對軟件架構(gòu)的要求較高，必須考慮軟件和硬件檢測協(xié)調(diào)，另外軟件還必須滿足可測性、可移植性、健壯性等設(shè)計，要綜合考慮多種因素。該電臺檢測控制器的軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)上電后經(jīng)過初始化配置，然后選擇測量控制方式，若是遠程控制則啟動網(wǎng)絡(luò)連接，用計算機來控制檢測控制器進行工作，進入收發(fā)機性能測試，測試的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)存儲到遠程計算機中;若是手動測試，則判斷測量方式是測控、外控還是測控，如果是內(nèi)控，則由檢測控制器控制收發(fā)機，在無線電綜合測試儀的配合下測量收發(fā)機主要性能，通過讀取無線電綜合測試儀的測試結(jié)果可以把結(jié)果保存下來，在保存結(jié)果時，如果USB存儲設(shè)備存在，則把結(jié)果存在其中，反之，則存于內(nèi)部的可擦寫的E2PROM中;若是測控，則檢測控制器測量控制盒狀態(tài)，并把結(jié)果保存起來;如果是外控，則在控制盒的控制下測量收發(fā)機性能，檢測控制器通過讀無線電綜合測試儀結(jié)果同樣把測試結(jié)果保存下來。

　　3 結(jié)束語

　　基于ARM實現(xiàn)的電臺檢測控制器硬件設(shè)計靈活，軟件架構(gòu)設(shè)計良好，實現(xiàn)了軟件與硬件平臺的無縫結(jié)合，具有高性能、低功耗、可移植性好、可擴展性好，實現(xiàn)了對電臺的檢測與控制。通過網(wǎng)絡(luò)接口，可以實現(xiàn)遠程控制，并可以實時讀取測量結(jié)果：通過增加USB存儲接口，在手動測試的情況下還可以把測量數(shù)據(jù)直接保存下來，極大地提高了測試結(jié)果的處理速度，具有廣闊的經(jīng)濟效益和軍事效益。