基于ARM處理器實(shí)現(xiàn)電臺(tái)檢測(cè)控制器設(shè)計(jì)

機(jī)載電臺(tái)擔(dān)負(fù)著空空和地空之間通信，為保證電臺(tái)性能，需要對(duì)其進(jìn)行定檢。基于單片機(jī)的檢測(cè)儀存在測(cè)量速度慢、可擴(kuò)展性差的問(wèn)題;而基于PXI儀器或VXI儀器的檢測(cè)儀存在著功耗大、體積大、價(jià)格高等缺點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，利用基于ARM處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)電臺(tái)檢測(cè)控制器成為重要的發(fā)展方向，ARM是一種高性能、低功耗的RISC結(jié)構(gòu)處理器，由于其出色的性能被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、無(wú)線通訊、成像和安全、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等方面，采用基于ARM的電臺(tái)檢測(cè)控制器具有可移植性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

良好的硬件設(shè)計(jì)是是解決基于單片機(jī)、PXI、VXI等系統(tǒng)的電臺(tái)檢測(cè)儀問(wèn)題的關(guān)鍵。為實(shí)現(xiàn)硬件結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)，硬件主要分為兩大部分：主控制器電路和調(diào)理電路。為設(shè)計(jì)一個(gè)具有高性能、低功耗、可擴(kuò)展性好和低成本檢測(cè)儀，主控制器的選擇至關(guān)重要，為滿足檢測(cè)儀的可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)主控制器必須具備網(wǎng)絡(luò)功能、USB存儲(chǔ)、串行通信、SPI通信、I2C通信、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能模塊，為滿足人機(jī)交互設(shè)計(jì)的要求，還必須具備必要的頻率預(yù)置電路、顯示電路等。具備這么多功能的控制器以及滿足高性能、低功耗等性能的控制器只有ARM處理器才能完成。根據(jù)某電臺(tái)的電氣特性，主控器和電臺(tái)之間的通信還必須進(jìn)行必要的電平轉(zhuǎn)換，另外電臺(tái)輸出的響應(yīng)信號(hào)不能直接送到主控制器，還必須進(jìn)行必要的分壓網(wǎng)絡(luò)、阻抗匹配等電路設(shè)計(jì)，這就需要調(diào)理電路。主控制器電路和調(diào)理電路相配合來(lái)完成電臺(tái)的檢測(cè)工作，根據(jù)電臺(tái)測(cè)試需求設(shè)計(jì)的硬件整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 主控制器

主控制是電臺(tái)檢測(cè)控制器的核心，擔(dān)負(fù)著信息采集、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)功能以及和電臺(tái)通信等重要任務(wù)，主控制的好壞也直接決定了系統(tǒng)性能，經(jīng)對(duì)比選擇飛利浦公司的LPC2388作為該電臺(tái)的主控制器，該器件是基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的處理器，具有太網(wǎng)控制器、USB控制器、I2C、串行接口等豐富的外設(shè)，可以滿足該檢測(cè)儀的需求。

1.2 存儲(chǔ)電路

為滿足可擴(kuò)展性、測(cè)試結(jié)果可存儲(chǔ)的要求，檢測(cè)控制器要把每次對(duì)某型電臺(tái)測(cè)量的結(jié)果保存下來(lái)，這就需要有主控制器和無(wú)線電綜合測(cè)試儀之間能進(jìn)行通信，某無(wú)線電綜合測(cè)試儀對(duì)外通信有串口通信方式，在測(cè)量時(shí)可以把通信控制接口連接到無(wú)線電綜合的串口線上，這樣就可以把測(cè)試結(jié)果讀到控制系統(tǒng)內(nèi)部，想把該信息存儲(chǔ)下來(lái)，存儲(chǔ)器就必須滿足可擦寫，為節(jié)省控制器的寶貴的通用I/O口，選擇具有12C通信存儲(chǔ)功能CAT24WC64作為E2PROM，該器件負(fù)責(zé)保存電臺(tái)性能測(cè)試結(jié)果，最多保存50次電臺(tái)測(cè)試結(jié)果，超過(guò)50次，系統(tǒng)自動(dòng)把原來(lái)存儲(chǔ)的測(cè)試結(jié)果擦除掉然后再存儲(chǔ)。當(dāng)需要查看系統(tǒng)電臺(tái)測(cè)試結(jié)果時(shí)通過(guò)3種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：1）把USB存儲(chǔ)設(shè)備插入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)接口電路，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別該設(shè)備，然后選擇存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果按鍵就可以把保存測(cè)試結(jié)果保存到USB存儲(chǔ)設(shè)備：2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口和計(jì)算機(jī)相連接，然后用遠(yuǎn)程控制的方式來(lái)讀取測(cè)試結(jié)果：3）利用串行通信方式把信息讀到計(jì)算機(jī)中。

1.3 USB存儲(chǔ)接口電路

USB接口電路是完成和USB存儲(chǔ)設(shè)備通信的窗口，LPC2388內(nèi)部具有兼容USB2.0協(xié)議的控制器，這種控制器為USB接口設(shè)計(jì)提供方便。為滿足系統(tǒng)可靠性，在D+和D-線上分別串接上一只33 Ω的電阻，在D+上還要增加一只1.5 kΩ上拉電阻，為表明USB存儲(chǔ)設(shè)備連接上，在Ul_UPLED引腳上增加一個(gè)指示燈，當(dāng)USB存儲(chǔ)設(shè)備連接，指示燈亮。

1.4 網(wǎng)絡(luò)接口電路

為滿足遠(yuǎn)程控制需要，檢測(cè)控制器就應(yīng)該具備網(wǎng)絡(luò)控制接口。LPC2388具有10/100 Mb/s以太網(wǎng)通信速率，為保證可靠傳輸，通過(guò)內(nèi)部集成了16 KB字節(jié)的以太網(wǎng)控制器專用SDRAM、以太網(wǎng)控制器和ARM7內(nèi)核之間使用高速AHB總線通信，并且使用了專用DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。處理器內(nèi)部使用的以太網(wǎng)控制器使用RMII接口，通過(guò)與外圍電路PHY芯片DM916lA進(jìn)行通信就可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。

1.5 頻率形成電路

電臺(tái)檢測(cè)儀要想充分地檢測(cè)電臺(tái)性能，應(yīng)檢測(cè)多個(gè)頻率點(diǎn)處電臺(tái)性能，這樣就要求檢測(cè)儀能夠輸出頻率可變的控制碼，頻率控制碼的形成就需要頻率形成電路。頻率形成電路就是通過(guò)脈沖整形、計(jì)數(shù)，最后進(jìn)過(guò)緩沖送到主控制器。脈沖形成電路利用自復(fù)位開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，整形電路利用MAX708計(jì)數(shù)和緩沖電路分別利用54HCl90和54LVC245來(lái)實(shí)現(xiàn)，為節(jié)省處理器寶貴的I/O口資源，采用模擬總線的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)鎖存、譯碼電路來(lái)控制頻率碼的形成。

1.6 顯示、鍵盤電路

顯示電路是人機(jī)交互的窗口，直接顯示了當(dāng)前檢測(cè)儀所處的狀態(tài)和電臺(tái)檢測(cè)結(jié)果。當(dāng)檢測(cè)的電臺(tái)不能滿足性能要求時(shí)，直接顯示錯(cuò)誤結(jié)果;鍵盤電路完成檢測(cè)儀部分功能的輸入。為保證檢測(cè)儀顯示結(jié)果的可靠性，檢測(cè)儀顯示電路采用抗干擾性強(qiáng)的LED數(shù)碼管顯示，LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)器選用ZLG7290，ZLG7290利用三線串行碼與ARM處理器進(jìn)行信息交互，其動(dòng)態(tài)顯示功能降低了系統(tǒng)功耗。ZLG7290除了用來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示數(shù)碼管外，電臺(tái)檢測(cè)的部分輸入也通過(guò)其鍵盤接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，其電路圖如圖2所示。

1.7 其他電路

一個(gè)系統(tǒng)能可靠工作，必須有一系列諸如晶體振蕩、看門狗、電源等電路保證，提供系統(tǒng)工作所必需的時(shí)鐘、監(jiān)視電路，晶體振蕩電路提供必須的時(shí)鐘信號(hào)，看門狗電路在程序運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，把微控制器提供復(fù)位信號(hào)，增加了系統(tǒng)的魯棒性：電源電路為整個(gè)系統(tǒng)電源，采用轉(zhuǎn)換效率高的DC/DC開關(guān)電源，按功能為系統(tǒng)設(shè)計(jì)供電，即為控制電路電源和調(diào)理電路獨(dú)立供電：增加了系統(tǒng)的抗干擾性。

1.8 調(diào)理電路

檢測(cè)控制器的工作狀態(tài)和工作時(shí)序由主控制器來(lái)完成，然而這只是檢測(cè)控制器檢能正常工作的一個(gè)方面，另外一個(gè)重要方面就是調(diào)理電路，其主要由繼電器陣列、分壓網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、電平轉(zhuǎn)換等部分組成?？刂破鬏敵龅男盘?hào)一般不能直接加到電臺(tái)內(nèi)部，這主要有兩方面原因：1）檢測(cè)控制器輸出的串口數(shù)據(jù)為單端輸出，而該電臺(tái)所需要的信號(hào)為差分信號(hào);2）控制器輸出的信號(hào)電平和格式完全正確，為保證系統(tǒng)的抗干擾性，在控制器的輸出端和電臺(tái)輸入端一般要加一個(gè)緩沖器，增加系統(tǒng)模塊之間的隔離度。檢測(cè)控制器面板的所有控制信息經(jīng)過(guò)處理器處理后通過(guò)串口發(fā)送給電臺(tái)，而電臺(tái)所需要的為差分信號(hào)，利用DSl6F95來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)電平方式的轉(zhuǎn)換。檢測(cè)控制器除了測(cè)試收發(fā)機(jī)性能外還可以測(cè)試控制盒的性能，另外也可以利用控制來(lái)控制收發(fā)機(jī)，從而模擬機(jī)上控制盒控制收發(fā)機(jī)，在控制盒控制和檢測(cè)控制器本身信號(hào)不能同時(shí)發(fā)送到電臺(tái)，這就需要繼電器陣列來(lái)完成檢測(cè)儀和控制盒之間的轉(zhuǎn)換。另外，為監(jiān)控電臺(tái)工作電壓，檢測(cè)儀要分時(shí)顯示出工作電壓，而工作電臺(tái)27V以及內(nèi)部收發(fā)控制電壓等也要顯示，這些電壓需要分壓網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)分壓后送到數(shù)控模擬開關(guān)，控制器輪流監(jiān)視各路電壓。

2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

電臺(tái)檢測(cè)控制器屬于典型的嵌入式控制系統(tǒng)，其性能設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)是否能夠可靠工作。嵌入式軟件設(shè)計(jì)和普通的PC機(jī)軟件差別較大，由于檢測(cè)儀控制關(guān)系復(fù)雜，再加上網(wǎng)絡(luò)接口、USB存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)、中斷時(shí)間控制、定時(shí)器設(shè)計(jì)、串行通信等因素，對(duì)軟件架構(gòu)的要求較高，必須考慮軟件和硬件檢測(cè)協(xié)調(diào)，另外軟件還必須滿足可測(cè)性、可移植性、健壯性等設(shè)計(jì)，要綜合考慮多種因素。該電臺(tái)檢測(cè)控制器的軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)上電后經(jīng)過(guò)初始化配置，然后選擇測(cè)量控制方式，若是遠(yuǎn)程控制則啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接，用計(jì)算機(jī)來(lái)控制檢測(cè)控制器進(jìn)行工作，進(jìn)入收發(fā)機(jī)性能測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)中;若是手動(dòng)測(cè)試，則判斷測(cè)量方式是測(cè)控、外控還是測(cè)控，如果是內(nèi)控，則由檢測(cè)控制器控制收發(fā)機(jī)，在無(wú)線電綜合測(cè)試儀的配合下測(cè)量收發(fā)機(jī)主要性能，通過(guò)讀取無(wú)線電綜合測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果可以把結(jié)果保存下來(lái)，在保存結(jié)果時(shí)，如果USB存儲(chǔ)設(shè)備存在，則把結(jié)果存在其中，反之，則存于內(nèi)部的可擦寫的E2PROM中;若是測(cè)控，則檢測(cè)控制器測(cè)量控制盒狀態(tài)，并把結(jié)果保存起來(lái);如果是外控，則在控制盒的控制下測(cè)量收發(fā)機(jī)性能，檢測(cè)控制器通過(guò)讀無(wú)線電綜合測(cè)試儀結(jié)果同樣把測(cè)試結(jié)果保存下來(lái)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于ARM實(shí)現(xiàn)的電臺(tái)檢測(cè)控制器硬件設(shè)計(jì)靈活，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)良好，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件平臺(tái)的無(wú)縫結(jié)合，具有高性能、低功耗、可移植性好、可擴(kuò)展性好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電臺(tái)的檢測(cè)與控制。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，并可以實(shí)時(shí)讀取測(cè)量結(jié)果：通過(guò)增加USB存儲(chǔ)接口，在手動(dòng)測(cè)試的情況下還可以把測(cè)量數(shù)據(jù)直接保存下來(lái)，極大地提高了測(cè)試結(jié)果的處理速度，具有廣闊的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。