某型航空小發計時器國產化設計

姚雷 孫振邦

摘 ?要：介紹了某型航空小發計時器的實現方案。

關鍵詞：可編程邏輯器件 ? 計時器

某型引進飛機使用的小發計時器無備件供應，對該計時器進行重新設計，保持原有功能的同時，對其進行完善滿足實戰需要。

一、小發計時器功能

小發計時器用于記錄小發使用次數及使用時間，在小發上電時進行計時并通過液晶屏顯示時間信息，小發斷電后關閉顯示和停止計時，計時器只提供27V直流電源輸入口。維護保障時無法對其計數值進行查詢，損壞更換或更換小發后無法重新設置計時初值，計時器也不具備自檢功能難以判斷好壞。實際使用增加了維護保障風險。

二、重新設計替代功能方案

針對原計時器的不足設計替代方案。計時器要求計時時間最大500小時，顯示單位為“次”、“小時”，顯示時間精度小數點后一位，制定替代技術方案功能指標：

1.計時器可分別工作在計時電源（飛機上27V工作電源以下簡稱主電源）執行正常計時顯示功能，測試電源（機下27V電源以下簡稱次電源）執行測試等特殊功能。

2.計時器提供主電源輸入口及次電源輸入口。當主電源接入后計時器開始執行計數、前次使用時間查詢、保存數據、測試功能。當次電源接入后計時器提供查詢、刪除、置數、測試功能。

計時器計數精度為秒;計時器顯示以小時為單位，顯示精度小數點后1位，最大顯示999小時。

3.計時器提供“顯示”、“測試”按鍵，在任何供電模式下按壓“顯示”按鍵，數碼管顯示前次主電源斷電后所記錄的發電機工作時間，顯示數據保持時間30s后自動跳轉到前一顯示狀態。按壓“測試”按鍵，數碼管依次顯示測試信息后自動跳轉到前一顯示狀態。

4.在次電源工作模式下計時器具有刪除功能，當更換發電機后需要對計時器進行清零，通過長按壓“測試”按鍵保持5s，進入刪除模式后，按壓“測試”按鍵執行計時器清零操作，按壓“顯示”按鍵取消清零操作。

5.為了簡化計時器面板操作和數據保護，預置數功能通過外接具備8輸入按鍵置數模塊來完成預置數功能。

三、系統組成方案

根據計時器功能要求設計系統組成方案，系統框圖如圖1，方案實現主要由以下部分組成：

1.主控模塊：主控模塊采用altera公司MAX2系列CPLD（來實現按鍵控制、主次電源邏輯識別、計數、存儲器控制、顯示控制、自檢功能控制、預置數通訊管理功能。

2.掉電監控模塊：用于監控掉電情況向主控芯片提供狀態信息。

3.存儲模塊：采用ATMEL公司AT24C系列非易失性的I2C接口E2PROM，該存儲器可重復擦寫100萬次。

4.顯示模塊：采用安全可靠顯示清晰的LED顯示。

5.置數模塊：采用可編程邏輯芯片構架，電池供電，和計時器通過RS232串口通訊線連接。

6.電源模塊：電源模塊用于提供電路所需的各路電源以及抑制機內電源干擾。

四、方案的實現

方案的實現主要通過軟件和硬件兩部分組成，軟件采用VHDL語言編寫，硬件采用帶LED數碼管、FPGA、開關量輸入、I2C總線接口的E2PROM進行設計。

（一）硬件平臺的搭建

用板載按鍵1代表“顯示”輸入按鍵、按鍵2代表“測試”輸入按鍵。按鍵3代表上電重啟信號輸入（開發板沒有上電復位信號控制，在正式電路板中需要該信號作為上電讀取存儲器計數值的啟動信號）。用按鍵4代表存儲器寫信號，用來模擬系統掉電時的脈沖信號，該信號在正式電路板中由電源監控電路輸出開關量信號。用一路跳線代表主次電源狀態輸入信號，該信號在正式電路板中由電源監控電路輸出開關量信號。用板載串口和PC機相連接，符合標準RS232協議，模擬預置數功能。

（二）軟件程序的開發

電路板執行程序均為VHDL編寫，在模塊測試時，在PC端使用LabView編寫測試程序，模擬預置數模塊功能，對計時器進行模擬測試。計時器的CPLD中使用VHDL編寫的主要程序模塊如下：

1.串口RS232通信模塊;

2.串口數據解碼模塊;

5.I2C協議接口通信模塊;

6.E2PROM讀寫控制模塊;

7.開關量濾波模塊;

8.開關量狀態控制模塊;

9.顯示控制模塊;

10.計數模塊。

通過對程序模塊的調試和板級驗證，系統運行符合功能技術要求。

五、結束語

小發計時器替代方案項目中數字處理部分開發通過驗證是成功的，如果正式開展替代研制工作還需開發前端電源控制管理模塊，并進行驗證，為了增強系統的高可靠性，可以增強對計時數據的保護，增加外部直接讀取存儲器模塊，增加一路備份存儲器，進行外形設計，開展環境試驗等驗證工作。

參考文獻

[1]嵌入式系統原理、設計與應用.機械工業出版社出版

[2]INTEL微處理器結構、編程與接口.電子工業出版社出版