飞控计算机数据模拟器的设计与实现

李文华　罗霄　张乐

摘 要： 为了更好的检查飞控采集器的动态采集能力，设计并实现了一种便携式飞控计算机数据模拟器，具有体积小、重量轻、可靠性高、不需要外接电源等优点。首先说明了该模拟器的实现方案和系统组成，然后详细阐述了各个组成模块的工作原理，该模拟器已应用在实际的数据调试、检查以及故障排除工作中，能够提高工作效率，并且稳定性好。

关键字： 飞控计算机； 模拟器； MCU控制器； 1553编码器

中图分类号： TN914?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）11?0104?03

Abstract：In order to check the dynamic acquisition ability of flight?control collector， a portable data simulator for flight?control computer was designed. It has the advantages of small volvme， light weight and high reliability， and does not need any external power supply. The implementation scheme and system composition of the simulator are illustrated. The working principle of each module is expounded in detail. The simulator has been applied to the actual data debugging， check and troubleshooting. It has improved the work efficiency， and has high stability.

Keywords： flight?control computer； simulator； MCU Controller； 1553 coder

0 引 言

飞控计算机数据模拟器具有体积小、功能全、涉及的知识面广、应用范围宽的特点。数据模拟器由模拟器外设和应用软件两部分组成，应用软件安装在计算机上，通过计算机的USB口和模拟器外设连接，输出A、B、C、D四冗余通道数据，分别模拟四台飞控计算机的1553B总线输出信号。每个通道的四个表号数据内容都可以通过软件任意设置，另外为了更好的检查飞控采集器的动态采集能力，在模拟的数据信号中设有“系统计数字”方便飞控采集器的动态采集性能检查。

1 设计方案

飞控计算机数据模拟器由模拟器外设和计算机两部分组成，其中计算机主要完成参数设置、下载和各通道运行状态控制以及运行状态监控，模拟器外设主要功能是接收计算机发送过来的数据并将数据转换成所需的1553B编码格式进行循环输出。如图1所示。

选取这种方案的原因是这种方案可以借用原有的外场检查设备（即笔记本电脑），在不增加设备的情况下，做到体积小，重量轻，不需要外接电源（直接由笔记本电脑的USB接口供电）。

2 工作原理及功能实现

2.1 系统组成

飞控计算机数据模拟器系统框图如图2所示。

由图2可以看出，在上位计算机中主要要完成人机交互界面、底层驱动程序两部分工作。在下位机模拟器外设中主要完成单片机固件程序、模拟器外设硬件两部分工作。

2.2 模块介绍

2.2.1 人机交互界面

人机交互界面程序是为了使用户在Windows XP中方便的实现飞控参数的设置、下载等功能，使用C++ Builder语言来实现，主界面效果图如图3所示。

2.2.2 底层驱动程序

底层驱动程序是通过现有的动态链接库实现，直接调用即可。

2.2.3 单片机固件程序

单片机固件程序是使用KeilC软件编程实现的，模拟器固件程序主要分为主模块程序、USB通信子程序、中断子程序三部分。其中主模块流程图如图4所示。

板卡初始化包括晶振时钟初始化、端口初始化、FLASH存储器初始化、地址指针初始化、输出位速率初始化。

USB初始化包括厂商信息字符定义、USB状态变量初始化、USB信息变量初始化、USB传递数据缓冲区指针初始化。

定时中断初始化进行定时器时钟初始化，设置15 ms定时中断控制块速率。

USB中断：当计算机发送USB指令时，产生USB中断，根据USB状态机选择进行不同的响应，在USB接收状态建立、文件接收状态、应答状态建立、文件发送状态等状态间进行切换，完成USB文件收发或命令解释执行。USB主要状态描述如图5所示。

定时器中断：完成块速率输出，当输出允许时，每15 ms输出一个块。从FLASH中取出256个数据，放入输出缓冲区，根据位速率将数据发送到输出信号线上。

2.2.4 模拟器外设硬件

在MCU控制下，计算机通过USB接口将设置好的数据及配置信息，下载到FLASH数据存储器中，下载完成后，同时MCU根据配置信息，配置发送表号数据和通道数据。在启动数据发送时，MCU控制器将数据读入RAM中，并将16位并行数据发送到并/串转换电路。

在模拟器发送状态下，会定时返回发送的帧数信息，用户可在应用软件的操作界面中清楚的观察到模拟器外设的工作状态。

在模拟器发送状态下，用户可以通过USB总线控制输出驱动允许和禁止数据输出，从而模拟实际使用中信号的不正常状态。

FLASH存储器的存储结构如图7所示。

并/串转换就是将MCU输出的16位并行数据转换成串行数据输出到1553编码器。

1553编码器的主要功能是将输入的16位串行数据编码成格式要求的曼彻斯特Ⅱ型码进行输出，曼彻斯特Ⅱ型码由20位构成如图8所示。

驱动输出电路是将1553编码器输出的1路串行数据转换成4路RS 422电平驱动输出，分别模拟飞控计算机的A、B、C、D四个通道，另外，四个通道可以通过MCU独立来控制输出和禁止，用于模拟故障状态。

3 结 语

目前飞控计算机模拟器已成功应用于某采集器的调试、检查以及故障排除，使用十分方便，并得到了用户的认可。同时这种模拟器设计的方案还可延伸到其他模拟器的设计当中去，具有广阔的开发前景。

参考文献

[1] 李全利.单片机原理及接口技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4] 杨凯.MIL?STD?1553B总线曼彻斯特码编码器的设计与实现[D].成都：四川大学，2006.

[5] 罗中伟，张遂南，徐嘉良.PCI总线数据模拟器设计[J].现代电子技术，2012，35（20）：67?70.

[6] 李厚春，张小林.小型无人机飞控计算机设计[J].现代电子技术，2012，35（2）：100?101.

摘 要： 为了更好的检查飞控采集器的动态采集能力，设计并实现了一种便携式飞控计算机数据模拟器，具有体积小、重量轻、可靠性高、不需要外接电源等优点。首先说明了该模拟器的实现方案和系统组成，然后详细阐述了各个组成模块的工作原理，该模拟器已应用在实际的数据调试、检查以及故障排除工作中，能够提高工作效率，并且稳定性好。

关键字： 飞控计算机； 模拟器； MCU控制器； 1553编码器

中图分类号： TN914?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）11?0104?03

Abstract：In order to check the dynamic acquisition ability of flight?control collector， a portable data simulator for flight?control computer was designed. It has the advantages of small volvme， light weight and high reliability， and does not need any external power supply. The implementation scheme and system composition of the simulator are illustrated. The working principle of each module is expounded in detail. The simulator has been applied to the actual data debugging， check and troubleshooting. It has improved the work efficiency， and has high stability.

Keywords： flight?control computer； simulator； MCU Controller； 1553 coder

0 引 言

飞控计算机数据模拟器具有体积小、功能全、涉及的知识面广、应用范围宽的特点。数据模拟器由模拟器外设和应用软件两部分组成，应用软件安装在计算机上，通过计算机的USB口和模拟器外设连接，输出A、B、C、D四冗余通道数据，分别模拟四台飞控计算机的1553B总线输出信号。每个通道的四个表号数据内容都可以通过软件任意设置，另外为了更好的检查飞控采集器的动态采集能力，在模拟的数据信号中设有“系统计数字”方便飞控采集器的动态采集性能检查。

1 设计方案

飞控计算机数据模拟器由模拟器外设和计算机两部分组成，其中计算机主要完成参数设置、下载和各通道运行状态控制以及运行状态监控，模拟器外设主要功能是接收计算机发送过来的数据并将数据转换成所需的1553B编码格式进行循环输出。如图1所示。

选取这种方案的原因是这种方案可以借用原有的外场检查设备（即笔记本电脑），在不增加设备的情况下，做到体积小，重量轻，不需要外接电源（直接由笔记本电脑的USB接口供电）。

2 工作原理及功能实现

2.1 系统组成

飞控计算机数据模拟器系统框图如图2所示。

由图2可以看出，在上位计算机中主要要完成人机交互界面、底层驱动程序两部分工作。在下位机模拟器外设中主要完成单片机固件程序、模拟器外设硬件两部分工作。

2.2 模块介绍

2.2.1 人机交互界面

人机交互界面程序是为了使用户在Windows XP中方便的实现飞控参数的设置、下载等功能，使用C++ Builder语言来实现，主界面效果图如图3所示。

2.2.2 底层驱动程序

底层驱动程序是通过现有的动态链接库实现，直接调用即可。

2.2.3 单片机固件程序

单片机固件程序是使用KeilC软件编程实现的，模拟器固件程序主要分为主模块程序、USB通信子程序、中断子程序三部分。其中主模块流程图如图4所示。

板卡初始化包括晶振时钟初始化、端口初始化、FLASH存储器初始化、地址指针初始化、输出位速率初始化。

USB初始化包括厂商信息字符定义、USB状态变量初始化、USB信息变量初始化、USB传递数据缓冲区指针初始化。

定时中断初始化进行定时器时钟初始化，设置15 ms定时中断控制块速率。

USB中断：当计算机发送USB指令时，产生USB中断，根据USB状态机选择进行不同的响应，在USB接收状态建立、文件接收状态、应答状态建立、文件发送状态等状态间进行切换，完成USB文件收发或命令解释执行。USB主要状态描述如图5所示。

定时器中断：完成块速率输出，当输出允许时，每15 ms输出一个块。从FLASH中取出256个数据，放入输出缓冲区，根据位速率将数据发送到输出信号线上。

2.2.4 模拟器外设硬件

在MCU控制下，计算机通过USB接口将设置好的数据及配置信息，下载到FLASH数据存储器中，下载完成后，同时MCU根据配置信息，配置发送表号数据和通道数据。在启动数据发送时，MCU控制器将数据读入RAM中，并将16位并行数据发送到并/串转换电路。

在模拟器发送状态下，会定时返回发送的帧数信息，用户可在应用软件的操作界面中清楚的观察到模拟器外设的工作状态。

在模拟器发送状态下，用户可以通过USB总线控制输出驱动允许和禁止数据输出，从而模拟实际使用中信号的不正常状态。

FLASH存储器的存储结构如图7所示。

并/串转换就是将MCU输出的16位并行数据转换成串行数据输出到1553编码器。

1553编码器的主要功能是将输入的16位串行数据编码成格式要求的曼彻斯特Ⅱ型码进行输出，曼彻斯特Ⅱ型码由20位构成如图8所示。

驱动输出电路是将1553编码器输出的1路串行数据转换成4路RS 422电平驱动输出，分别模拟飞控计算机的A、B、C、D四个通道，另外，四个通道可以通过MCU独立来控制输出和禁止，用于模拟故障状态。

3 结 语

目前飞控计算机模拟器已成功应用于某采集器的调试、检查以及故障排除，使用十分方便，并得到了用户的认可。同时这种模拟器设计的方案还可延伸到其他模拟器的设计当中去，具有广阔的开发前景。

参考文献

[1] 李全利.单片机原理及接口技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4] 杨凯.MIL?STD?1553B总线曼彻斯特码编码器的设计与实现[D].成都：四川大学，2006.

[5] 罗中伟，张遂南，徐嘉良.PCI总线数据模拟器设计[J].现代电子技术，2012，35（20）：67?70.

[6] 李厚春，张小林.小型无人机飞控计算机设计[J].现代电子技术，2012，35（2）：100?101.

摘 要： 为了更好的检查飞控采集器的动态采集能力，设计并实现了一种便携式飞控计算机数据模拟器，具有体积小、重量轻、可靠性高、不需要外接电源等优点。首先说明了该模拟器的实现方案和系统组成，然后详细阐述了各个组成模块的工作原理，该模拟器已应用在实际的数据调试、检查以及故障排除工作中，能够提高工作效率，并且稳定性好。

关键字： 飞控计算机； 模拟器； MCU控制器； 1553编码器

中图分类号： TN914?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）11?0104?03

Abstract：In order to check the dynamic acquisition ability of flight?control collector， a portable data simulator for flight?control computer was designed. It has the advantages of small volvme， light weight and high reliability， and does not need any external power supply. The implementation scheme and system composition of the simulator are illustrated. The working principle of each module is expounded in detail. The simulator has been applied to the actual data debugging， check and troubleshooting. It has improved the work efficiency， and has high stability.

Keywords： flight?control computer； simulator； MCU Controller； 1553 coder

0 引 言

飞控计算机数据模拟器具有体积小、功能全、涉及的知识面广、应用范围宽的特点。数据模拟器由模拟器外设和应用软件两部分组成，应用软件安装在计算机上，通过计算机的USB口和模拟器外设连接，输出A、B、C、D四冗余通道数据，分别模拟四台飞控计算机的1553B总线输出信号。每个通道的四个表号数据内容都可以通过软件任意设置，另外为了更好的检查飞控采集器的动态采集能力，在模拟的数据信号中设有“系统计数字”方便飞控采集器的动态采集性能检查。

1 设计方案

飞控计算机数据模拟器由模拟器外设和计算机两部分组成，其中计算机主要完成参数设置、下载和各通道运行状态控制以及运行状态监控，模拟器外设主要功能是接收计算机发送过来的数据并将数据转换成所需的1553B编码格式进行循环输出。如图1所示。

选取这种方案的原因是这种方案可以借用原有的外场检查设备（即笔记本电脑），在不增加设备的情况下，做到体积小，重量轻，不需要外接电源（直接由笔记本电脑的USB接口供电）。

2 工作原理及功能实现

2.1 系统组成

飞控计算机数据模拟器系统框图如图2所示。

由图2可以看出，在上位计算机中主要要完成人机交互界面、底层驱动程序两部分工作。在下位机模拟器外设中主要完成单片机固件程序、模拟器外设硬件两部分工作。

2.2 模块介绍

2.2.1 人机交互界面

人机交互界面程序是为了使用户在Windows XP中方便的实现飞控参数的设置、下载等功能，使用C++ Builder语言来实现，主界面效果图如图3所示。

2.2.2 底层驱动程序

底层驱动程序是通过现有的动态链接库实现，直接调用即可。

2.2.3 单片机固件程序

单片机固件程序是使用KeilC软件编程实现的，模拟器固件程序主要分为主模块程序、USB通信子程序、中断子程序三部分。其中主模块流程图如图4所示。

板卡初始化包括晶振时钟初始化、端口初始化、FLASH存储器初始化、地址指针初始化、输出位速率初始化。

USB初始化包括厂商信息字符定义、USB状态变量初始化、USB信息变量初始化、USB传递数据缓冲区指针初始化。

定时中断初始化进行定时器时钟初始化，设置15 ms定时中断控制块速率。

USB中断：当计算机发送USB指令时，产生USB中断，根据USB状态机选择进行不同的响应，在USB接收状态建立、文件接收状态、应答状态建立、文件发送状态等状态间进行切换，完成USB文件收发或命令解释执行。USB主要状态描述如图5所示。

定时器中断：完成块速率输出，当输出允许时，每15 ms输出一个块。从FLASH中取出256个数据，放入输出缓冲区，根据位速率将数据发送到输出信号线上。

2.2.4 模拟器外设硬件

在MCU控制下，计算机通过USB接口将设置好的数据及配置信息，下载到FLASH数据存储器中，下载完成后，同时MCU根据配置信息，配置发送表号数据和通道数据。在启动数据发送时，MCU控制器将数据读入RAM中，并将16位并行数据发送到并/串转换电路。

在模拟器发送状态下，会定时返回发送的帧数信息，用户可在应用软件的操作界面中清楚的观察到模拟器外设的工作状态。

在模拟器发送状态下，用户可以通过USB总线控制输出驱动允许和禁止数据输出，从而模拟实际使用中信号的不正常状态。

FLASH存储器的存储结构如图7所示。

并/串转换就是将MCU输出的16位并行数据转换成串行数据输出到1553编码器。

1553编码器的主要功能是将输入的16位串行数据编码成格式要求的曼彻斯特Ⅱ型码进行输出，曼彻斯特Ⅱ型码由20位构成如图8所示。

驱动输出电路是将1553编码器输出的1路串行数据转换成4路RS 422电平驱动输出，分别模拟飞控计算机的A、B、C、D四个通道，另外，四个通道可以通过MCU独立来控制输出和禁止，用于模拟故障状态。

3 结 语

目前飞控计算机模拟器已成功应用于某采集器的调试、检查以及故障排除，使用十分方便，并得到了用户的认可。同时这种模拟器设计的方案还可延伸到其他模拟器的设计当中去，具有广阔的开发前景。

参考文献

[1] 李全利.单片机原理及接口技术[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.

[2] 白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4] 杨凯.MIL?STD?1553B总线曼彻斯特码编码器的设计与实现[D].成都：四川大学，2006.

[5] 罗中伟，张遂南，徐嘉良.PCI总线数据模拟器设计[J].现代电子技术，2012，35（20）：67?70.

[6] 李厚春，张小林.小型无人机飞控计算机设计[J].现代电子技术，2012，35（2）：100?101.