基于8051的运载器时序等效器设计

时间：2024-09-03

中国人民解放军战略支援部队航天工程大学姚凯丰姚静波

1 引言

新一代运载火箭对火箭发射的测试周期、测试精度、可靠性及工作连续性提出了新的要求。由于需要测试的时序路数多，传统的数字信号发生器和等效器对地面测设设备难以满足需求，“因此，在某特定使用环境下，要求对系统的动作时序进行较为准确的测量”[1]，来模拟箭机产生和输出时序时串信号，对运载火箭箭地信息检测分析系统时序时串部分进行校准测试，可有效提高测试效率，增加测得数据可靠性。

2 时序系统测试需求

一个实用的等效器调试系统必须具备完备的调试功能，本文设计的基于8051的调试系统应具备以下功能和特性：①能够使CPU正常运行(RUN)和复位。②用数码管实时显示改变的周期和脉宽值。③利用独立按键来调节周期、脉宽值；并可以由用户编程实现时序信号组合输出。④使用四个I/O口来进行I/O口的扩展。⑤能够进行多次调试且不相互影响。

3 硬件设计

以8051单片机作为基础硬件设计测试系统，系统具有结构简单、体积小、性价比高等特点。“通过接口电缆和计算机串口或并口直接相连，用户仅需在计算机上操作软件，即可实时精确的控制8051单片机”[2]。

3.1 显示设计

“用微控制器实现对多位数码管的控制就是一个较实用的例子”[3]。数码管有八个发光二极管，分别是七个条形和一个小圆点。各管的亮暗不同则对应组合成的字符也不同。数码管的10根管脚排列如图1。按照接线形式不同分为共阴极和共阳极两种内部发光二极管，其中COM为公共端。（本实验所用数码管为共阳极）

图1 数码管接线图

3.2 键盘设计

4个独立按键接到P3口如图2所示，按键的一端接地，另一端通过电阻接电源。当按键按下时，输入到单片机I/O口的是低电平；当按键没有按下时，输入到单片机I/O口的是高电平。

3.3 I/O端口的扩展

“74HC595的工作原理是通过串行输入、并行输出来对I/O端口进行扩展”。单片机系统I/O端口数量有限的问题在这里也就迎刃而解了。本文4个I/O端口直接实现了传统并行技术中需要64个端口实现的功能。实验结果表明，74HC595芯片扩展I/O口的效果良好。

图2 独立按键引脚图

4 等效器软件设计

4.1 软件需求

软件拟实现功能如下：

（1）信号发生功能

软件可编辑顺序发生的宽度间隔可变时序、时串信号，也可按预先编辑好的时序时串产生信号。

（2）显示功能

可用数值方式显示时序信号的脉宽、信号重复发生间隔（采样周期可以根据用户要求由技术人员进行更改）

（3）存储功能

可以将编辑好的时序时串存到芯片寄存器内，方便再次调出。

（4）实时调节功能

利用设计的独立按键来调节周期、脉宽。

4.2 显示设计

数码管显示的字形码，由单片机的位选通电路来控制。当单片机输出字形码时，八个数码管都会同时接到相同的信号。如果要实现某一位或某几位的字形码输出，需要对选通COM端进行控制。

4.3 键盘设计

单片机上的独立按键按下的过程实质上是利用机械触点闭合、断开产生的效应。弹性作用下的机械点的状态的改变会导致产生5-10ms的抖动。因此，人员的按键动作对稳定的闭合时间就产生了很大的影响。一般为0.5s-3s左右。因此，在编程时，需要人为地通过编写程序来消除抖动的影响。

具体实现过程如下，先判断是否按下了按键，若按下则延时10ms，此时再次判断按键的按下状态，若按键确实被按下，则释放等待键，一旦键释放后，则再延时10ms。此时对按键的释放状态进行判断，若判断结果为是，则说明按键被释放了，否则说明此信号为干扰信号。在一次完整的按键后，可以连接该键对应的功能程序段，以实现特定的功能。