侵彻试验柔性数据系统发射系统方案设计

韩磊 张亚 李世中

摘 要：本文主要介绍了系统的设计原理，分析了侵彻弹药的发送存储系统设计中遇到的困难，并提出了解决方案对其进行改进，并详细叙述了电路设计中数据发生器和记录器的每个模块的硬件设计。针对准确无误的数据传输过程，系统采用STC12LE4052AD单片机控制整个系统的逻辑，从而提高了系统的实用性，集成度和耐用性；W25X16作为存储介质，最小化存储模块的设计，重点对其结构设计进行保护，并在设计过程中缩减系统的体积，以扩展数据保留时间，能更进一步使系统可靠性得到提高。

关键词：侵彻；柔性传输；数据发送

本测试系统主要用于硬目标侵彻条件，测量和记录弹体的数据，为了提高系统的可靠性和数据的实时接收，系统具有实时数据记录存储和长线发送数据，通过存储系统接收数据可以实时采集发送系统发送的数据，并在同一时间（发射过程中，击中目标的过程或其他干扰严重的情况下）不会影响传输数据的接收，存储记录系统把接收到的数据存储于内置的大容量非易失性存储器，试验后应回收并读出数据。该测试系统的特点：

⑴具有体积小，重量轻优点：对弹体的重量和重心分布的影响小。

⑵高抗冲击性，高可靠性：通过严格的生产过程筛选，高温、低温和空气对试验的影响，以确保在恶劣环境下仍能可靠的工作。

⑶低功耗：适应弹体测试环境。

⑷有线柔性传输数据到存储器中，可靠地获得数据[1]。

1 主控制芯片选择

单片机控制模块比起DSP，嵌入式，FRGA等芯片来说，单片机价格便宜，设计简单易用。因此，在系统设计中，如果控制芯片仅需完成一般的控制功能，那么单片机就是中心控制系统最好的选择。

由于系统由多个芯片组成，所以很难保证电路板体积小；此外，系统越是复杂，在电路板布线越多，使系统的可靠性降低。该测试系统完成测试过程中应尽量使用的元件要少，由于本测试系统中的单片机集成度很高（STC12LE4052AD）用它作为发送存储数据及控制主要元件[2]。

STC12C2052AD单片机集成电路主要包括中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、串口UART、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗和片上R/C振荡器和一个外部晶体振荡器电路模块。STC12C2052AD系列单片机包含了几乎所有数据存储和控制系统的要求模块，可称得上一个片上系统[3]。

2 主控数据的传输设计

由于该装置是由电池供电，而电池的容量是有限的，所以电路模块需要实现节能省电的目的，因此在整个电路模块的设计，使用电源管理减少不必要的系统不工作时的电流消耗，另一方面，在整个测试过程，用了很多外围单片机模块，此消耗功率很大，因此想实现系统低功耗可以用来降低单片机本身来实现整个系统[4]。低功耗硬件设计原则

⑴应尽量选用高速/低功耗/抗干扰强的芯片；

⑵分区/分时供电在不工作时，可以关闭以节省电力消耗；

⑶需要一个上拉电阻的使用，以防止功率消耗在上拉电阻上，一般可以达到几十或几百kW，驱动后续电路原理上应该选择较大电阻。但如果低电平信号在多数情况下，这时应该选择一个下拉电阻[5]。

STC12C2052AD系列单片机的串行通信接口有4种工作模式，可通过串行控制对SCON中的SM0、SM1的设置进行软件编程选择。模式1、模式2和模式3为异步通信，每个发送和接收都有1个启动位和1个停止位的字符。在模式0中，串行端口作为1个简单的移位寄存器。本设计采用串口工作模式1为串口通信。

当软件设置SCON的SM0、SM1是“01”时，串口模式1开始工作。此模式为8位异步格式，一帧信息为10位：1个起始位，8位数据位（低位优先）和1位停止位。波特率可根据变量需要进行设置。TxD是发送信息端口，RxD是接收信息端口。图3.3为串行口模式1的接收/发送时序图：

发送过程模式1：发送串行通信的方式，从TXD输出的串行发送数据。当主机执行写“SBUF”命令来时开始发送串行通信，写上“1”成也发送移位寄存器的第九位串行数据缓冲器的“信号”，并通知发射控制单元发送[6]。

接收过程模式1：当软件置位接收允许标志位REN，即REN=1时，便以与选定的波特率16频率采样串口接收端口接收数据的接收器，当RXD端口进行负跳变的时候接收器可以开始接收数据，并立即复位16分频计数器[7]。

3、主控数据存储的设计

程序存储器用于存储用户信息的程序数据和表格等。STC12C2052AD系列单片机集成1K～30K字节的Flash程序存储器。程序存储器闪存单片机STC12C2052AD系列各类地址如下表所示。

单片机复位，程序计数器（PC）内容为0000H，从0000H单元程序开始执行。此外，中断服务程序的入口地址（也被称为中断向量）也位于在程序存储器单元。在程序存储器中，每个中断都有一个固定的入口地址，当中断发生响应时，控制器将自动跳转到相应的中断程序执行地址的入口[8]。外部中断的中断服务程序的入口地址是00003H，定时器/计数器0中断服务程序的入口地址是000BH，外部中断的中断服务程序的入口地址是0013H，定时器/计数器1中断服务程序的入口地址是001Bh[9]。因为相邻的中断入口地址区间间隔（8个字节）有限，中断服务程序，一般无法保存完整性，通常在该地区的一个无条件跳转到指令中断响应的地址，指向真正的存储空间来执行中断服务程序[10]。程序存储器可以反复擦除Flash在线编程的100000次以上，提高了灵活性和易于集成。

4 主控数据接口的设计

该MAX3232/3232收发器是一个低压差变送器输出级采用专有的，使用双电荷泵在3.0V至5.5V电源可以实现RS-232的真实性能，max3232供电电压5v或3.3V，耗电0.3mA，外接4个0.1uF电容。max3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平[11]。电路图如下：

5 结论

根据系统设计的原则，对数据采集和渗透过程存储测试系统的模块化设计。本文详细论述了各功能模块的硬件电路设计；为了验证系统的可行性，对试验数据的处理和分析，结果表明，由存储系统的收集，存储测试系统可以承受高过载测试土壤沙袋的渗透，以及系统的实测数据正确的。主要内容包括以下几个方面：

⑴综合收集分析，基于渗透和渗透到相关文档的存储读系统，国内外研究现状进行了综述，并对其发展趋势和应用进行了讨论。

⑵项目的背景和技术指标研究性学习，通过对系统的工作原理的分析，提出了系统的设计，并介绍了各功能模块的设计方案与实现。

⑶在硬件电路设计中，通过实验和理论分析，可以在高过载设计给电力系统的正常供电；在采集与存储系统具体分析与应用；分析并优选了W25X16作Flash存储器。

⑷对存储测试系统的实测信号长距离传输过程中波形的失真进行了分析和改进，设计系统基本满足要求，完成了设计给定的任务。

[参考文献]

[1]姚长虹.小型弹载遥测单元设计与实现.现代电子技术.2010，33.1：24-30.

[2]许志宏，李鸿飞，李树剩.飞航导弹测试技术发展方向分析.海军航空工程学院学报.2001，16.2：231-234.

[3]孙燕妮.某导弹采编存储转发测试系统的设计与研究.华北工学院硕士学位论文.2003.

[4]催敏.小型飞行体姿态测试研究.中北大学硕士学位论文.2005.

[5]裴东兴.新概念动态测试若干问题的研究.北京理工大学博士学位论文.北京：北京理工大学.2004.

[6]刘致安，梁燕熙.未来存储遥测技术.兵工学报.1994，（4）.

[7]张文栋.弹道数据的存储测试方法.中国兵工学会第三届测试技术学术论文会论文集.1988.

[8]张文栋.弹道数据采集与存储测试系统.太原机械学院硕士论文.1986.

[9]张文栋，祖静.引信动态数据的存储测试技术.现代引信.1988，（2）.

[10]马游春.微型高过载存储测试系统研究.华北工学院学位论文.2003.

[11]祖静，申湘南，张文栋.存储测试系统的设计理论及其应用.高等教育出版社.2002.