基于DSP的多普勒无线电引信检测系统设计*

郝建强 赵建智 顾 强 黄小亮

(中北大学机电工程学院1) 太原 030051)(山西北方惠丰机电有限公司2) 长治 046012)

1 引言

多普勒无线电引信是利用弹目接近过程中电磁波的多普勒效应工作的一种无线电引信。这种引信最早使用在第二次世界大战期间。由于这种引信结构简单、体积小、成本低,所以至今仍为世界各国所广泛使用[1]。

为了确保作战成功率,在使用前必须对所使用的引信进行全面的性能测试。主要测试内容有:发射频率、发射功率、调制脉冲宽度、脉冲重复周期、周期分散性、接收灵敏度、通频带宽等。传统的测试时间长,所需设备多、而且设备价格昂贵。为了缩短测试时间,降低成本但又要保证引信作战时可靠工作,设计了一种无线电引信实时动态测试系统。该系统主要功能是产生实战时的模拟回波信号。当引信接收到这一回波信号,其终端能够输出引爆信号,则通过测试;反之,视为引信不能完成任务而需要更换。与原测试方法相比,这种测试所需时间短,测试设备少,成本更低。

2 器件选择

由于产生的信号频率较高,一般的单片机无法实现。本系统采用了 TI公司的 16位TMS320LF2407芯片。该芯片采用了高性能静态CMOS技术,使得控制器的功耗大大减小,40MMIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns,从而提高了控制器的实时控制能力。芯片内部含有32K的FLASH存储单元,2k字的单口SRAM和544字双口DRAM。该芯片为144引脚,内部集成了串行通信接口(SCI)模块,可方便与计算机以及其它串行口通信。16位的串行外设(SPI)接口可以外接丰富的片外外设[2]。除此还有两个EV管理模块,EV模块包括通用定时器,捕获单元以及其他的功能,其中捕获功能能检测到CAPx引脚上电平的变化,在实际的应用过程中有很大的用处。

数模转换芯片选用了TI公司的T LC5620串行4通道8位的DA转换器。DSP可通过SPI口与其通信。由于T LC5620的控制信号要求的VIH较高,所以需要将DSP输出SPICLK,SPISIMO以及IO口模拟的CS信号的高电平抬高。在设计过程中采用74HC08与门电路来抬高其电平。TLC5620的工作频率是1MHz,故DSP的SPI通信频率也必须设置到1MHz。TLC5620为4通道输出,可通过A0,A1位两个位来进行通道的选择。另外其输出电压范围可软件调动,RNG为0时,其输出范围为0～3.3V,当RNG为1时,其输出范围为-3.3V～+3.3V。其输入时序如图1所示。

图1 TCL5620输入时序

3 硬件系统设计

为了方便控制,本设计中采用了 PC机的RS232串口来对系统所产生的信号种类进行控制。DSP通过SCI接口与PC机的RS232相连进行通信。PC机通过串口发送指令给DSP系统,系统接收到指令后,根据指令的值来产生相应的信号,并通过D/A进行数模转换。由于 TMS320LF2407 DSP集成了SPI串行接口,所以可以方便的与数模转换芯片TLC5620进行接口,实现将DSP产生的模拟的回波信号进行输出。系统将输出的信号接入无线电引信的信号输入端口进行测试。为了获得引信的状态信息,必须将引信的点火引脚引出,并通过DSP上的CAPx引脚接入系统。在TMS320LF2407 DSP中其EV事件管理模块的捕获功能就具有监测CAP引脚上电平变化的功能。当CAPx引脚上电平出现跳变时就会触发CAP中断,并将作为时基的定时器的值存入一个2级深度的FIFO中,用来监测点火引脚电平的变化即引信是否正常引爆。其系统原理如图2所示。

图2 系统原理框图

4 检测系统软件设计

4.1 PC机控制程序设计

为了易于控制,在PC机上用VC++6.0编写了用户控制的界面。此界面主要是为了方便用户输出和控制。在编写此控制软件时,使用了 mirosoft提供的MSComm控件。MSComm控件主要用在串行端口传输和接收数据,为应用程序提供串行通信功能[3]。

PC机上的程序主要完成两个功能:一是发送指令给DSP使其产生相应的信号;二是接收DSP发送的关于引信的状态信息,使人能直观的得出引信是否正常的判断。图3即为经过编译的,在PC机上运行的控制程序界面。

4.2 DSP程序设计

为了与 PC机通信,本程序设计使用了TMS320C2000系列的串行通信SCI模块。SCI接收器和发送器是双缓冲的,每一个都有它自己单独的使能和中断标志位。两者可单独工作,或在全双工的方式下同时工作。只要设置好与PC约定的波特率、数据位、停止位等后,就可以通过读或写相关的收发缓冲器接收或发送数据[4～5]。图4为程序的流程图。

系统上电以后,首先需要完成所有的初始化工作,包括SCI串行通信模块,SPI串行模块,定时器以及CAP捕获模块等。完成初始化工作后,程序进入等待指令状态。程序代码如下:while(start);//等待指令的输入;

图3 PC机串行通信界面

当PC机发送指令给检测系统时,就会触发SCI的接收中断。在中断处理程序中将变量start置0结束系统的等待状态,并保存指令值。从中断返回后,switch语句根据指令值跳转到相应的信号函数,产生相应的信号。

SCI串行通信的接收中断处理子程序:

在信号的产生过程中,如果所模拟的信号触发了引信,则引信的点火引脚将输出高电平起爆子弹。由于在测试时,此引脚与DSP的捕获引脚相连,在点火引脚发出起爆信号的高电平时,此电平跳变将触发DSP的CAP中断(即捕获中断)。如果程序能够进入CAP中断,则说明引信已被触发,并通过串口发送字符‘V'给PC机。如果程序未进入CAP中断,则程序在信号产生完毕后,将发送字符‘X'至PC机,并返回程序头等待下一条指令。

捕获中断处理程序:

5 试验验证

用本文设计的检测系统对2000个某型多普勒无线电引信进行测试,并与传统测试方法进行对比,对比结果如表1所示,由表1可以看出用DSP检测系统在对多普勒无线电引信进行测试在成本、效率等方面都优于传统检测方法。

表1 两种测试方法的对比

6 结语

文中对基于DSP的无线电引信检测系统在软件、硬件设计方面进行了详细的介绍与设计。该系统不但大大缩短了引信的测试时间,而且简化了操作,同时也在很大程度上降低了成本。

[1]崔占忠,宋世和,等.近炸引信原理[M].北京:北京理工大学出版社,2005

[2]赵世廉.TMS320X240x原理及应用开发指南[M].北京:北京航天航空大学出版社,2007

[3]张宏林.Visual C++串口通信技术与工程实践[M].北京:人民邮电出版社,2008

[4]伍艮常.基于DSP的无刷直流电动机控制系统的设计[J].组合机床与自动化加工技术,2010(1):39～43

[5]马福民,梁晓峰.基于DSP的高精度数据采集系统设计[J].舰船电子工程,2010,30(7)