基于MSC1210的彈載存儲記錄裝置設(shè)計

屈澳林

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東中山 528404）

0 引言

彈載存儲記錄裝置作為一種數(shù)據(jù)采集和記錄裝置，在武器系統(tǒng)中，尤其是引信動態(tài)性能測試和試驗中得到了廣泛的應(yīng)用。通過遙測來記錄彈丸飛行數(shù)據(jù)的裝置和采用通用裝置來實(shí)現(xiàn)彈載存儲記錄的裝置，雖然可以適應(yīng)一定環(huán)境下的測量，但隨著引信功能的擴(kuò)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(fā)展。

1 MSC1210芯片的特點(diǎn)

MSC1210芯片集成了大量的模擬和數(shù)字外圍器件，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。它具有以下特點(diǎn)[1-3]：硬件設(shè)計簡單，節(jié)省時間；采集的數(shù)據(jù)精度高，可達(dá)24位；集成度高，體積小，功耗低；抗干擾能力強(qiáng)，抗過載能力高，可靠性好；采集路數(shù)更多，最多可8路數(shù)據(jù)同時進(jìn)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(diào)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(diǎn)及技術(shù)要求[3][4]

以炮射末制導(dǎo)炮彈飛行環(huán)境檢測為背景，介紹MSC1210芯片在彈載存儲記錄裝置中的應(yīng)用。炮射末制導(dǎo)炮彈為低轉(zhuǎn)速炮彈，彈丸微旋（6～10 r/s），離心過載很小，最大發(fā)射過載為15 000 g。炮彈飛行環(huán)境的檢測主要為引信安全系統(tǒng)的設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于武器系統(tǒng)的測試裝置經(jīng)常要經(jīng)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(qiáng)干擾能力要強(qiáng)[4-5]。

3 彈載存儲記錄裝置的設(shè)計

3.1 彈載存儲記錄裝置組成框圖及分析

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

圖1 彈載存儲記錄裝置框圖

3.2 系統(tǒng)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(jī)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(jī)電加速度傳感器。DS1230Y就可以恢復(fù)正常操作。

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

3.3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)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(tǒng)初始化操作，使系統(tǒng)處于低功耗等待狀態(tài)，并在適當(dāng)?shù)臅r候啟動裝置工作。中斷子程序用于啟動裝置進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，即進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集或數(shù)據(jù)的回收傳輸工作。數(shù)據(jù)采集子程序完成數(shù)據(jù)的采集和存儲工作。通訊子程序完成對所采集數(shù)據(jù)的回收處理工作，它包括兩部分組成：其中一部分是將數(shù)據(jù)采集裝置中的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)的程序；另一部分是計算機(jī)中的數(shù)據(jù)接受程序。系統(tǒng)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(jī)MSC1210芯片內(nèi)的低電壓檢測和掉電鎖定復(fù)位電路省去了傳統(tǒng)的外部電路。MSC1210芯片內(nèi)部集成的8路24位A/D采樣電路不僅使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度非常高，更是簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)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(shù)據(jù)存儲器采用具有當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)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(shù)據(jù)保持工作方式。它采用先進(jìn)的電源切換技術(shù)，當(dāng)電源電壓跌落到容限值以下時就自動進(jìn)行寫保護(hù)。這時所有的輸入信號都無效，所有輸出線都為高阻狀態(tài)。當(dāng)電源電壓跌落到3 V以下時，芯片內(nèi)的電源開關(guān)電路自動切換到片內(nèi)鋰電池給芯片供電；實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速存儲和斷電數(shù)據(jù)保護(hù)功能。當(dāng)電源恢復(fù)時，數(shù)據(jù)儲存器

為了提高整個裝置的抗干擾能力，采用了多級觸發(fā)方式工作，以防止干擾信號誤觸發(fā)程序運(yùn)行。系統(tǒng)中設(shè)置了3個觸發(fā)開關(guān)。觸發(fā)開關(guān)1使系統(tǒng)從低功耗等待狀態(tài)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集；觸發(fā)開關(guān)2為數(shù)據(jù)回放開關(guān)，用于系統(tǒng)回收后的數(shù)據(jù)讀出啟動；觸發(fā)開關(guān)3為數(shù)據(jù)采集觸發(fā)開關(guān)，用于啟動數(shù)據(jù)采集。

在軟件設(shè)計中使用了停機(jī)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(shù)據(jù)采集完畢后將相應(yīng)位（PCON.0）置位，則進(jìn)入停機(jī)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(jìn)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(jié)論

給出了一種彈載存儲記錄裝置的設(shè)計方案，該方案在炮射末制導(dǎo)炮彈飛行環(huán)境測試中，采用微機(jī)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(tǒng)的設(shè)計提供彈道參數(shù)，或?qū)σ诺男阅苓M(jìn)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(jìn)行更多參數(shù)的采集記錄，最多可同時采集記錄8個參數(shù)的數(shù)據(jù)。

該彈載存儲記錄裝置利用MSC1210芯片的優(yōu)越性能，簡化了軟硬件設(shè)計，縮小了體積，提高了系統(tǒng)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(huán)境信息的檢測。