基于C8051F040的炮塔方位角測試系統設計

　1 引言

　　隨著軍事技術的發展，測試系統的信息化是實現我軍裝備現代化建設主要途徑，當務之急應該用高新技術提升老裝備的性能。這既是提升現有武器裝備的一個重要環節，又是最大限度地發揮現有裝備整體作戰效能的一個重要因素。我國現役的炮塔方位角系統中．老型號較多，大部分沒有配備自動檢測和錄取設備。炮塔方位角系統的各種參數的計算、數據的處理和上報大多數由人工進行，難以勝任復雜環境下快速、準確采集。為適應現代化炮塔方位角系統的要求，必須具有一套自動采集和分析能力的完整測試系統。

　　2 主要器件簡介

　　2．1 C8051F040單片機

　　C8051F040是完全集成的混合信號片上系統型單片機MCU。內核采用高速、流水線結構的805l兼容的CIP-51內核；控制器局域網(CAN2．OB)控制器，具有32個消息對象，每個消息對象有其自己的標識；8位500 Ks／s的MI)轉換器，帶PGA和8通道模擬多路開關；64KB在系統編程的Flash存儲器：具有SPI、SMBus、I2C接口和2個UART串行接口；VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器真正能獨立工作的片上系統：片內JTAG調試電路允許使用安裝在最終應用系統上的產品MCU進行非侵入式(不占用片內資源)、全速、在系統調試。該調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG調試時，所有的模擬和數字外設都可全功能運行；每個MCU都可工作在工業溫度范圍(-45°C～+85°C)內，工作電壓為2．7～3．6 V。端口I／O、RST和JTAG引腳都容許5 V的輸入信號電壓。

　　2．2 CAN控制器SJA：1000

　　SJAl000的內部主要由接口管理邏輯IML、信息緩沖器(含發送緩沖器TXB和接收緩沖器RXFIF0)、位流處理器BSP、接收過濾器ASP、位時序處理邏輯BTL、錯誤管理邏輯EML、內部振蕩器及復位電路等構成。IML接收來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址并向控制提供中斷信息及狀態信息。CPU的控制經IML把要發送的數據寫入TXB，TXB中的數據由BSP處理后經BTL輸出到CAN總線。BTL始終監視CAN總線．當檢測到有效的信息頭“隱性電平一控制電平”的轉換時啟動接收過程，接收的信息首先要由位流處理器BSP處理．并由ASP過濾，只有當接收的信息的識別碼與ASP檢驗相符時，接收信息才最終被寫人RXB或RXFIIFO中。RXFIFO最多可緩存64字節的數據，該數據可被CPU讀取。EML負責傳遞層中調制器的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，促使BSP和IML進行錯誤統計。

　　2．3 CAN收發器PCA82C250

　　PCA82C250是工業環境控制器局域網(CAN)的高集成度獨立控制器。它具有完成高性能通信協議所要求的全部必要特性。它具有簡單總線，可完成物理層和數據鏈路層的所有功能。電子控制單元(ECU)的應用層由微控制器提供。PCA82C250在一般工業環境的應用中可以減少導線設置，并且增強診斷和監控能力。其主要特性：多主結構、可連接各種類型的微控制器接口、總線訪問優先權(取決于報文標識符)、2032種報文標識符、對于高優先權報文確保等待時間、強有力的錯誤處理能力、0～8個字節數據長度、可組態總線接口、成組和廣播報文功能、無損結構的逐位仲裁、帶有位填充功能的非歸零編碼／解碼、傳輸速率可編程、時鐘頻率為16 MHz。

　　3 系統設計

　　炮塔方位角測試系統主要采集和處理由自整角機和旋轉變壓器產生的位置信號；并實時通過LED顯示和通過CAN總線向外輸出位置信息。圖1為系統結構框圖，主要包括主控模塊、2路SDC數據采集電路、LED顯示模塊、CAN通信模塊等。

　　3．1 硬件電路設計

　　圖2為硬件電路設計框圖。該系統硬件電路設計是以C8051F040單片機為核心，采用16ZSZ／XSZ-02(16位連續跟蹤的自整角機／旋轉變壓器一數字轉換器)采集單元，SJAl000CAN控制器外加驅動控制器PCA80C250為通信系統。

　　為了增強控制節點的抗干擾能力，防止線路間串擾，SJAl000通過光耦6N137與PCA82C250相連，從而使總線上各個CAN節點實現隔離，以保護CAN控制器。PCA82C250是CAN總線收發器，是CAN控制器SJAl000與CAN總線的接口器件，對CAN總線以差分式發送。其引腳RS用于選擇PCA82C250的工作模式為高速、斜率控制或等待。引腳。RS接地，PCA82C250為高速方式：引腳RS串聯一只15~200 kΩ的電阻R后再接地，用于控制上升和下降斜率，以減少射頻干擾。引腳RS接高電平，PCA82C250處于等待工作方式。此時發送器關閉，接收器處于低電流工作狀態，可以對總線上的顯性位作出反應。若PCA82C250處于CAN總線的網絡終端，總線接口部分必須加一只120Ω的匹配電阻，用以保護PCA82C250避免遭受過流沖擊。通用陣列邏輯GAL(Generic-Alray Lbgic)是一種電可擦除的可編程的新型PLD器件，在該系統中主要用于構成譯碼電路，實現SJAl000的片選。主控電路如圖3所示。

　　3．2 軟件實現

　　該系統軟件功能主要包括數據發送模塊、數據顯示模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、異常處理模塊等5部分，如圖4所示。其中，數據顯示模塊主要完成自整角機實時方位數據的顯示，顯示器為6位，分辨率為0．01密位；數據處理模塊主要完成粗、精合成以及糾錯功能；數據采集模塊主要完成由粗、精SDC通道值的二進制角度編碼；數據發送模塊主要完成通過CAN總線的數據接收和發送；異常處理模塊主要完成系統出現異常后，整個系統可軟件復位。

　　該系統軟件設計主要實現炮塔方位角數據采集、數據處理、數據顯示和CAN通信的功能。系統初始化后．先選擇同步信號類型(內同步或外同步)，然后開始同時接收兩路SDC信號，根據組合算法對兩路SDC數據進行組合、糾錯，最后通過LED實時顯示，并且通過CAN向外部設備實時傳送方位角數據。軟件流程圖如圖5所示。

　　4 結語

　　炮塔方位角測試系統是以比C8051F040單片機為核心，實現自整角機和旋轉變壓器的離線檢測，大大提高測試效率。該測試系統具有結構簡單，體積小，以及高可靠性等優點。試驗證明，檢測系統工作穩定，抗干擾能力強，操作方便，精度高。因此，該系統設計合理，具有良好的使用價值。