基于DSP的新型彈載控制計(jì)算機(jī)
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2 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思路
由圖1的接口組成可看出信息數(shù)據(jù)的流向。接口設(shè)計(jì)是一個(gè)重 要的環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量將直接影響系統(tǒng)的性能。為了減輕計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，外部的輸入信號(hào) 用中斷方式讀入，信號(hào)輸入輸出時(shí)要考慮抗干擾性。所設(shè)計(jì)的整體方案要易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)不同 型號(hào)的導(dǎo)彈要有一定的適應(yīng)性，對(duì)于要求相近的型號(hào)，應(yīng)該以修改控制軟件為主，以少改動(dòng)或不改動(dòng)硬件設(shè)計(jì)為好。這些要求都要在方案設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中考慮。
3 彈載控制計(jì)算機(jī)與外圍的接口設(shè)計(jì)
彈載控制計(jì)算機(jī)與外圍的單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，慣性器件應(yīng)以脈沖數(shù)的 方式將信息數(shù) 據(jù)送出，由彈載控制計(jì)算機(jī)對(duì)其計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，這樣不但加大了彈載控制計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，而且慣性器件對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和隔離也復(fù)雜了。參考美國(guó)國(guó)軍標(biāo)和前蘇聯(lián) 的做法，并考慮到新型敏感裝置或慣性器件中都采用了計(jì)算機(jī)或單片機(jī)。為了簡(jiǎn)化彈載控制計(jì)算機(jī)與外圍單元交換數(shù)據(jù)的接口電路、減少隔離措施，可采用RS-485、RS-232或RS-422 通訊協(xié)議。為了減少彈載控制計(jì)算機(jī)和外圍單元串行通訊的時(shí)間開銷，同時(shí)也為了減少接口器件的數(shù)目、提高整體系統(tǒng)的可靠性，選用UART通訊接口芯片，可實(shí)現(xiàn)異步串行通 訊、數(shù)據(jù)采用中斷方式讀入控制計(jì)算機(jī)。由于DSP的I/O資源有限，需要控制大量外部接口線，在擴(kuò)展I/O時(shí)，可直接借用UART控制器（如16C550，16C554）的閑置MODEM管 腳，而省去了擴(kuò)展I/O帶來的不可靠因素。
控制伺服機(jī)構(gòu)常用的是4個(gè)舵機(jī)，飛行中要求這4個(gè)舵機(jī)同時(shí)動(dòng)作，相互之間不能有延遲。 由于結(jié)構(gòu)上的限制，舵機(jī)的控制器離彈載控制計(jì)算機(jī)有一定的距離，為了抗干擾和提高系統(tǒng)可靠性，仍然需要串行通訊。為了保證控制精度，舵機(jī)的伺服控制器一般采用12位或更高的 D/A得到控制指令。如果考慮到通訊的數(shù)據(jù)量、舵機(jī)的工作方式和控制的實(shí)時(shí)性要求，在滿足精度的前提下，選用12位的D/A變換比較合適，如選用MAX536，其通訊的數(shù)據(jù)格式見圖2 。
由圖2可知，在1個(gè)字的通訊數(shù)據(jù)中，除了12位的D/A數(shù)據(jù)外，還可以用高4位地址/命 令位的 不同組合來實(shí)現(xiàn)“逐個(gè)送數(shù)，同時(shí)輸出”，達(dá)到同時(shí)控制4個(gè)舵機(jī)的目的。這樣的選擇可以實(shí)現(xiàn)和C31的無邏輯連接。
4 DSP的選擇
DSP的選擇要從控制性能要求、接口、計(jì)算速度、計(jì)算精度、軟件的編 制和軟件的移植性等方面考慮。參考圖1，由于通訊接口采用了UART控制器，使得原本比較費(fèi)時(shí)的通訊耗時(shí)很少，幾乎可以不考慮，這樣DSP計(jì)算速度的選擇就由控制方案中控制方程計(jì)算量的大 小來定，對(duì)于擺動(dòng)頻率不超過10 Hz的小型導(dǎo)彈，采用2 ms控制周期，選用50 MHz晶振的DSP 即 可滿足需求。考慮到編程的方便和程序的移植性，選用浮點(diǎn)的DSP比較合適，再加上 對(duì)所需硬件資源，又選擇了TMS320C31-50及選擇微計(jì)算機(jī)工作模式，其主要硬件資源列于表 1，功能模塊如圖3所示。對(duì)于升級(jí)，可以考慮選用TMS320C4X 或TMS320C6X系列。
數(shù)據(jù)/程序總線 STRB: 32位數(shù)據(jù)，24位地址
內(nèi)部RAM 2K字, RAM0 1K; RAM1 1K
串行I/O口 1個(gè)高速串行口
DMA控制器 單通道
定時(shí)器 兩個(gè)，32位
外部中斷源 4個(gè)：INT0～I(xiàn)NT3
仿真器接口 1個(gè)
互鎖信號(hào) 兩個(gè)：XF0,XF1
其他 保持、復(fù)位等信號(hào)
5 控制邏輯的設(shè)計(jì)
為了進(jìn)行與外部數(shù)據(jù)的交換，需要片選、數(shù)據(jù)線、地址線等時(shí) 序信號(hào)按照規(guī)定的邏輯關(guān)系工 作，即系統(tǒng)要在邏輯控制關(guān)系的協(xié)調(diào)下，才能形成工作時(shí)序，系統(tǒng)才能正常工作。這種邏輯控制關(guān)系一般可用門電路或邏輯宏單元實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)4.2中的通用性，同時(shí)也是為了減少 硬件的數(shù)目，提高系統(tǒng)的可靠性，選用了邏輯宏單元。通過對(duì)系統(tǒng)所需的邏輯控制信號(hào)數(shù)目的分析，調(diào)試硬件時(shí)更改邏輯控制信號(hào)，選用了Lattice公司的在線邏輯編 程單元isp1610E。按照邏輯關(guān)系，編寫出邏輯控制方程，用專用電纜download后，即可實(shí)現(xiàn)邏輯控制。調(diào)試過程可參考硬件調(diào)試流程圖。
評(píng)論