某型航空小发计时器国产化设计

姚雷 孙振邦

摘  要：介绍了某型航空小发计时器的实现方案。

关键词：可编程逻辑器件   计时器

某型引进飞机使用的小发计时器无备件供应，对该计时器进行重新设计，保持原有功能的同时，对其进行完善满足实战需要。

一、小发计时器功能

小发计时器用于记录小发使用次数及使用时间，在小发上电时进行计时并通过液晶屏显示时间信息，小发断电后关闭显示和停止計时，计时器只提供27V直流电源输入口。维护保障时无法对其计数值进行查询，损坏更换或更换小发后无法重新设置计时初值，计时器也不具备自检功能难以判断好坏。实际使用增加了维护保障风险。

二、重新设计替代功能方案

针对原计时器的不足设计替代方案。计时器要求计时时间最大500小时，显示单位为“次”、“小时”，显示时间精度小数点后一位，制定替代技术方案功能指标：

1.计时器可分别工作在计时电源（飞机上27V工作电源以下简称主电源）执行正常计时显示功能，测试电源（机下27V电源以下简称次电源）执行测试等特殊功能。

2.计时器提供主电源输入口及次电源输入口。当主电源接入后计时器开始执行计数、前次使用时间查询、保存数据、测试功能。当次电源接入后计时器提供查询、删除、置数、测试功能。

计时器计数精度为秒;计时器显示以小时为单位，显示精度小数点后1位，最大显示999小时。

3.计时器提供“显示”、“测试”按键，在任何供电模式下按压“显示”按键，数码管显示前次主电源断电后所记录的发电机工作时间，显示数据保持时间30s后自动跳转到前一显示状态。按压“测试”按键，数码管依次显示测试信息后自动跳转到前一显示状态。

4.在次电源工作模式下计时器具有删除功能，当更换发电机后需要对计时器进行清零，通过长按压“测试”按键保持5s，进入删除模式后，按压“测试”按键执行计时器清零操作，按压“显示”按键取消清零操作。

5.为了简化计时器面板操作和数据保护，预置数功能通过外接具备8输入按键置数模块来完成预置数功能。

三、系统组成方案

根据计时器功能要求设计系统组成方案，系统框图如图1，方案实现主要由以下部分组成：

1.主控模块：主控模块采用altera公司MAX2系列CPLD（来实现按键控制、主次电源逻辑识别、计数、存储器控制、显示控制、自检功能控制、预置数通讯管理功能。

2.掉电监控模块：用于监控掉电情况向主控芯片提供状态信息。

3.存储模块：采用ATMEL公司AT24C系列非易失性的I2C接口E2PROM，该存储器可重复擦写100万次。

4.显示模块：采用安全可靠显示清晰的LED显示。

5.置数模块：采用可编程逻辑芯片构架，电池供电，和计时器通过RS232串口通讯线连接。

6.电源模块：电源模块用于提供电路所需的各路电源以及抑制机内电源干扰。

四、方案的实现

方案的实现主要通过软件和硬件两部分组成，软件采用VHDL语言编写，硬件采用带LED数码管、FPGA、开关量输入、I2C总线接口的E2PROM进行设计。

（一）硬件平台的搭建

用板载按键1代表“显示”输入按键、按键2代表“测试”输入按键。按键3代表上电重启信号输入（开发板没有上电复位信号控制，在正式电路板中需要该信号作为上电读取存储器计数值的启动信号）。用按键4代表存储器写信号，用来模拟系统掉电时的脉冲信号，该信号在正式电路板中由电源监控电路输出开关量信号。用一路跳线代表主次电源状态输入信号，该信号在正式电路板中由电源监控电路输出开关量信号。用板载串口和PC机相连接，符合标准RS232协议，模拟预置数功能。

（二）软件程序的开发

电路板执行程序均为VHDL编写，在模块测试时，在PC端使用LabView编写测试程序，模拟预置数模块功能，对计时器进行模拟测试。计时器的CPLD中使用VHDL编写的主要程序模块如下：

1.串口RS232通信模块;

2.串口数据解码模块;

5.I2C协议接口通信模块;

6.E2PROM读写控制模块;

7.开关量滤波模块;

8.开关量状态控制模块;

9.显示控制模块;

10.计数模块。

通过对程序模块的调试和板级验证，系统运行符合功能技术要求。

五、结束语

小发计时器替代方案项目中数字处理部分开发通过验证是成功的，如果正式开展替代研制工作还需开发前端电源控制管理模块，并进行验证，为了增强系统的高可靠性，可以增强对计时数据的保护，增加外部直接读取存储器模块，增加一路备份存储器，进行外形设计，开展环境试验等验证工作。

参考文献

[1]嵌入式系统原理、设计与应用.机械工业出版社出版

[2]INTEL微处理器结构、编程与接口.电子工业出版社出版