基于DDS技術(shù)的發(fā)動機地面起動系統(tǒng)檢查儀

中航工業(yè)洪都航空集團(tuán)制造工程部特設(shè)試驗室 何 平

1.概述

在飛機總裝后期，需要檢查發(fā)動機起動系統(tǒng)電路的性能。根據(jù)ZJL飛機中電氣系統(tǒng)通電檢查技術(shù)條件需要，模擬發(fā)動機的轉(zhuǎn)速傳感器信號(正弦波或方波)，采集起動機、燃油分配器、點火線圈、滑油通氣閥、燃油電磁閥、滑油回油閥、燃油泵、起動通氣閥等線路輸出的開關(guān)量信號。為方便機上測試，我們采取DDS技術(shù)，以微處理器為控制中心，產(chǎn)生一個步進(jìn)可調(diào)的掃頻信號，模擬發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器信號，實現(xiàn)發(fā)動機地面起動系統(tǒng)電路的檢查。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

發(fā)動機地面起動系統(tǒng)檢查儀可以供給發(fā)動機其他控制部件，通過13個指示燈顯示各部件是否正常工作。人機界面模塊采用主流的液晶顯示模塊和四個按鍵，操作簡單。峰峰值控制采用數(shù)字電位計方式。

原理框圖如圖1。

該設(shè)備包括自檢模塊1、液晶模塊2、鍵盤模塊3、通信模塊4、控制模塊5、隔離模塊6、DDS模塊7、調(diào)理模塊8、幅度控制模塊9、功率模塊10、輸出模塊11、開關(guān)量輸入模塊12、開關(guān)量隔離模塊13、和led指示模塊14組成。

3.系統(tǒng)設(shè)計

3.1 簡要工作原理

在微處理器的控制下，通過鍵盤模塊輸入波型的頻率，峰峰值，掃頻步進(jìn)值等數(shù)據(jù)，通過隔離的微處理器控制DDS生成標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，經(jīng)過調(diào)理模塊，可以將正弦波轉(zhuǎn)換成方波信號，經(jīng)過功率放大輸出，并且具有自檢模塊，防止故障誤判。飛機上的開關(guān)量信號經(jīng)過隔離后通過led指示。

3.2 硬件設(shè)計

3.2.1 正弦波產(chǎn)生電路

AD9850數(shù)字合成器采用先進(jìn)的DDS技術(shù)的高集成芯片，芯片內(nèi)部集成了高速、高性能的D/A轉(zhuǎn)換器和比較器。使用了高精密的有源時鐘，在微控制器的控制下，AD9850可以產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定，相位連續(xù)的正弦波模擬信號。

AD9850的典型應(yīng)用如圖2所示，工作時序如圖3。

3.2.2 信號調(diào)理模塊

由于從AD9850直接輸出的正弦波，是一個峰峰值只有0.5伏，帶有0.25伏偏置的正弦信號。如圖九左邊所示，而發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號是一個雙極性，峰峰值為5伏的雙極性標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，因此需要將AD9850輸出的信號中的直流信號濾掉，并且進(jìn)行放大。

圖4是一個帶通濾波放大器，經(jīng)過調(diào)理后，信號達(dá)到了模擬發(fā)動機轉(zhuǎn)速的要求。

3.2.3 幅值控制模塊

幅值控制采用微處理器控制數(shù)字電位計X9C103方式。數(shù)字電位計的功能相當(dāng)于一個有滑動抽頭的可變電阻，內(nèi)部具有滑動技術(shù)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。數(shù)字電位計中有一個或者多個電阻陣列和許多抽頭，寄存器發(fā)送數(shù)據(jù)指令控制一系列MOS場效應(yīng)開關(guān)的通斷，從而達(dá)到改變抽頭電阻值的目的。

圖1 原理框圖

在X9C103的電阻固定端加上5伏峰峰值的正弦波或者方波，通過微處理器W77E58控制抽頭端位置，在抽頭端就可以得到幅值可變的波型信號。

X9C103控制方式為三線控制。內(nèi)部原理框圖如圖5，與W77E58的接口如圖6。

3.2.4 MULTISIM仿真技術(shù)

MULTISIM是電子虛擬仿真的著名軟件，它的仿真基于元器件的PSPICE模型，MULTISIM軟件中各種測試儀器儀表齊全，有一般實驗室用的通用儀器，如萬用表，函數(shù)發(fā)生器，雙蹤示波器，直流電源等，還有一般實驗室少有，或者沒有的儀器，如波特圖儀，字信號發(fā)生器，邏輯分析儀，邏輯轉(zhuǎn)換器，失真儀，頻譜分析儀，網(wǎng)絡(luò)分析儀等。

利用MULTISIM可以實現(xiàn)計算機仿真和設(shè)計與虛擬試驗，與傳統(tǒng)電子電路設(shè)計與試驗方法相比，具有如下特點，設(shè)計與實驗可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便。設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗?？梢苑奖愕貙﹄娐穮?shù)進(jìn)行測試和分析，實驗不需要消耗實際的元器件，實驗成本低，速度快，效率高。圖7和圖8是仿真電路和仿真效果，經(jīng)過應(yīng)用，和實際電路效果相同。

3.3 抗干擾技術(shù)

由于飛機上電磁環(huán)境復(fù)雜，必須做好充足抗干擾措施。首先，為了防止電源線接反，我們在電源輸入端串聯(lián)了開關(guān)二極管，起到了保護(hù)設(shè)備的作用。為了避免飛機電源不穩(wěn)定，電路板每個數(shù)字芯片供電腳都安裝了旁路電容。

為了避免飛機上干擾進(jìn)入測試設(shè)備，我們將飛機的地線和設(shè)備的地線分開，并對飛機上的信號和設(shè)備進(jìn)行了光耦隔離，防止飛機干擾微處理器工作，并且設(shè)備模擬和數(shù)字地分開，單點接地；數(shù)字電路部分大面積鋪銅去除了地回流。

3.4 軟件設(shè)計

軟件采用C語言編寫，與匯編語言相比較，具有可移植性高，模塊化程度高等優(yōu)點。

我們采用的LCD采用240×128點陣的液晶屏,因此可顯示16×16點陣的漢字8行15列。菜單為多級嵌套形式,最長的有18層,主要完成對輸出頻率信號設(shè)置或查詢,可通過“向上”、“向下”、“確認(rèn)”3個鍵來實現(xiàn)對菜單的選擇。具體功能:

圖2 AD9850的典型應(yīng)用

圖3 AD9850的工作時序

圖4

圖5 X9C103內(nèi)部原理框圖

圖6

“向上”鍵:在本層菜單的項目中向上移動進(jìn)行選擇；在頻率調(diào)節(jié)中，可以使頻率向上掃頻；在參數(shù)設(shè)置中，可以使數(shù)值增加。

“向下”鍵:在本層菜單的項目中向下移動進(jìn)行選擇;在頻率調(diào)節(jié)中，可以使頻率向下掃頻；在參數(shù)設(shè)置中，可以使數(shù)值減小。

“確認(rèn)”鍵:確認(rèn)本層的菜單設(shè)置,進(jìn)入下級菜單；在掃頻過程中可以暫?；蛘咄顺鰭哳l。

根據(jù)需求,首先建立一個結(jié)構(gòu),并定義一個結(jié)構(gòu)變量MeNu。結(jié)構(gòu)變量就是把多個不同類型的變量結(jié)合在一起形成的一個組合型變量,構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)的各個變量稱為結(jié)構(gòu)元素。該結(jié)構(gòu)中共有5個結(jié)構(gòu)元素,分別是4個字符型和1個指針變量,4個字符型變量分別為當(dāng)前及各個按鍵的索引號,也就是操作的狀態(tài)號,最后1個指針變量指向需執(zhí)行函數(shù)。這樣就可以做一個結(jié)構(gòu)數(shù)組,在結(jié)構(gòu)數(shù)組里為每一個菜單項編制一個單獨的函數(shù),并根據(jù)菜單的嵌套順序排好本菜單項的索引號,以及本級菜單項的上、下卷動的索引號和上、下級菜單的索引號。

菜單的具體代碼如下：

uchar data MyKeyIndex=0;

uchar data MyKeyUpState=0;

uchar data MyKeyDnState=0;

uchar data MyKeyCtrState=0;

uchar data MyKeyBackState=0;

void (*MyOperate)();

typedef struct

{

uchar KeyIndex;

uchar KeyUpState;

uchar KeyDnState;

uchar KeyCtrState;

void(*CurrentOperate)();

}MeNu;

MeNu code MyKey[]=

{

{0,0,1,12,(*Dsp_default_config)},

{1,0,1,2,(*C o n f i g_c u r_change)},

{2,3,3,4,(*Change_all_cur_frq_style)},

圖7

圖8

圖9

{3,3,3,4,(*Change_frq_style_cur_style)},

{4,5,6,7,(*Change_config_cur_vpp)},

{5,5,6,7,(*Change_config_vpp_add)},

{6,5,6,7,(*Change_config_vpp_dec)},

{7,8,9,10,(*Change_config_cur_step)},

{8,8,9,10,(*Change_config_step_add)},

{9,8,9,10,(*Change_config_step_dec)},

{10,10,11,12,(*Change_all_para_cur_ok)},

{11,10,11,2,(*Change_all_para_cur_return)},

{12,12,13,15,(*DspOutput)},

{13,14,13,0,(*DspOutput_cur_return)},

{14,14,13,15,(*DspOutput_cur_adjust)},

{1 5,1 6,1 7,1 8,(*O u t p u t_adjust)},

{16,16,17,18,(*Output_adjust_frq_add)},

{17,16,17,18,(*Output_adjust_frq_dec)},

{18,18,13,15,(*Output_adjust_cur_adjust)}

};

按鍵采用中斷方式，這樣使按鍵響應(yīng)可以盡量少的占用系統(tǒng)資源。通過按鍵，可以改變當(dāng)前菜單索引值，執(zhí)行當(dāng)前菜單的相應(yīng)操作；具體代碼如下：

void KeyUp () interrupt 0 using 2{

MyKeyIndex=MyKey[MyKeyIndex].KeyUpState;

MyOperate=MyKey[MyKeyIndex].CurrentOperate;

(*MyOperate)();

}

void keydown() interrupt 2 using 3{

MyKeyIndex=MyKey[MyKeyIndex].KeyDnState;

MyOperate=MyKey[MyKeyIndex].CurrentOperate;

(*MyOperate)();

}

void keyenter() interrupt 9 using 1{

MyKeyIndex=MyKey[MyKeyIndex].KeyCtrState;

MyOperate=MyKey[MyKeyIndex].CurrentOperate;

(*MyOperate)();EXIF&=0x0dF;

}

3.5 液晶顯示模塊

液晶選用OCMJ8x15B模塊，接口協(xié)議為請求/應(yīng)答(REQ/BUSY)握手方式。應(yīng)答B(yǎng)USY高電平(BUSY=1)表示液晶忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；BUSY低電平(BUSY=0)表示液晶空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到液晶可在BUSY=0后的任意時刻開始，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平REQ信號(REQ=1)通知液晶請求處理當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。液晶模塊在收到外部的REQ高電平信號后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時將應(yīng)答線BUSY變?yōu)楦唠娖?，表明模塊已收到數(shù)據(jù)并正在忙于對此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理，此時，用戶對模塊的寫操作已經(jīng)完成，用戶可以撤消數(shù)據(jù)線上的信號并可作模塊顯示以外的其他工作，也可不斷地查詢應(yīng)答線BUSY是否為低(BUSY=0)，如果BUSY=0，表明模塊對用戶的寫操作已經(jīng)執(zhí)行完畢?？梢栽偎拖乱粋€數(shù)據(jù)。如向模塊發(fā)出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需5個字節(jié)，模塊在接收到最后一個字節(jié)后才開始執(zhí)行整個命令的內(nèi)部操作，因此，最后一個字節(jié)的應(yīng)答B(yǎng)USY高電平(BUSY=1)持續(xù)時間較長，具體的時序圖參見圖9。

4.可靠性設(shè)計

為了保證該設(shè)備的可靠性，我們對分立模擬元器件進(jìn)行了降額設(shè)計，對每個數(shù)字芯片電源增加去耦，信號接地時采取了模擬地和數(shù)字地分開，單點接地技術(shù)等，確保設(shè)備在技術(shù)上穩(wěn)定可靠。

我們預(yù)留了校驗口，并于設(shè)備檢測單位編寫了檢測規(guī)程，規(guī)定設(shè)備施行年檢制度。實現(xiàn)了設(shè)備的可測性。

5.結(jié)束語

通過DDS技術(shù)在發(fā)動機地面啟動系統(tǒng)檢查儀的應(yīng)用，基于此平臺，介紹了硬件電路仿真軟件MULTISIM的應(yīng)用，以及數(shù)字電位計，菜單軟件設(shè)計，它可以模擬各種信號，可應(yīng)用到發(fā)動機儀表檢測、發(fā)動機檢測等多種測試領(lǐng)域，具有一定的推廣價值。

[1]潘景良.程控任意波形功率驅(qū)動電源的研制[D].南京理工大學(xué)碩士論文,2004.

[2]趙新民,王祁.智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999.

[3]譚浩強.C程序設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社,1998.