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STM32单片机的火控系统信号采集测试剖析
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2017-10-19
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火控系统是控制火炮瞄准和发射的系统，火控计算机是火控系统的核心，在完成火控解算进而引导高炮射击时具有重要作用。由于火控系统信号众多，状态复杂，对其关键信号的采集测试就显得尤为重要［1］。
普通信号采集测试装置具有结构复杂、造价昂贵、携带不便等特点，该方案结合最新型ARMv7系列STM32单片机，利用其丰富的外设接口和I/O资源，对某型火控系统的重点输出信号进行采集，存入板载Flash以备使用。另外，为便于使用和调试，还设计了CAN接口和RS-232串口。该信号采集盒大小为100 mm×65 mm，可由被测板提供电源信号，具有携带方便、使用简单的特点，对装备信号的实时采集具有重要的实用意义。
1总体设计方案
1.1总体设计框图
总体设计框图如图1所示，其中装备板是被测对象，STM32为控制核心，用于完成对各电路的控制，CAN总线用于与其他节点间的通信，RS-232串口用于调试及与LCD液晶屏通信。装备板被测信息分为模拟信号和数字信号，可向装备版提供5路数字控制信号，以模拟装备板的输入信号。
1.2 硬件设计
该方案的硬件组成主要包括：电源转换模块、微控制器模块、信号调理模块、CAN接口电路、Flash接口模块和信号显示模块等。
1.2.1 电源转换模块
被测装备板采用7.5 V~8 V电压供电，信号采集板需要3.3 V、5 V以及±12 V四种电压等级，因此需要将测试板载电压等级进行转换。5 V和3.3 V采用两片Alpha公司高性能、低功耗AS117电源转换模块；±12 V电压由两片输入输出隔离单输出DC/DC模块DLW02-05S12获得。经实验测试得知，用上述方法得到的电压纹波较小，电压幅值稳定，满足要求。
1.2.2 微控制器模块
微控制器采用基于Cortex-M3内核型号为STM32F-103R8单片机，最高频率可达72 MHz，具有性能强劲、代码密度高、位带操作、可嵌套中断、低成本和低功耗等众多优势。STM32拥有FSMC、TIMER、SPI、I2C、USB、CAN、I2S、SDIO、ADC、DAC、RTC和DMA等众多外设和功能，拥有优异的实时性能，可提供84个中断、16级可编程优先级，另外支持SWD和JTAG两种调试口，为设计带来很多方便［2］。
该微控制器带有的CAN接口，可方便本系统与其他节点互联，RS-232接口可用于调试及控制液晶显示模块，两路SPI接口可以完成MAX1270 A/D转换器的通信控制及Flash存储器的读写，众多的I/O端口可以方便其他功能扩展。
1.2.3 信号调理模块
火力控制板是某型火力控制系统的重要组成部分，其输出信号主要分为：8路模拟信号和8路输出信号。
（1） 数字信号调理电路
为了便于处理火力控制板输出的8路数字信号，在进入单片机前需要对其进行同步及电平转换。图2为数字信号同步及电平转换电路，主要器件为74HCT245。需要注意的是，在输入单片机时要对比其数据手册，选择具有FT（容忍5 V）标注的管脚，防止电平不兼容［3］。
普通信号采集测试装置具有结构复杂、造价昂贵、携带不便等特点，该方案结合最新型ARMv7系列STM32单片机，利用其丰富的外设接口和I/O资源，对某型火控系统的重点输出信号进行采集，存入板载Flash以备使用。另外，为便于使用和调试，还设计了CAN接口和RS-232串口。该信号采集盒大小为100 mm×65 mm，可由被测板提供电源信号，具有携带方便、使用简单的特点，对装备信号的实时采集具有重要的实用意义。
1总体设计方案
1.1总体设计框图
总体设计框图如图1所示，其中装备板是被测对象，STM32为控制核心，用于完成对各电路的控制，CAN总线用于与其他节点间的通信，RS-232串口用于调试及与LCD液晶屏通信。装备板被测信息分为模拟信号和数字信号，可向装备版提供5路数字控制信号，以模拟装备板的输入信号。
1.2 硬件设计
该方案的硬件组成主要包括：电源转换模块、微控制器模块、信号调理模块、CAN接口电路、Flash接口模块和信号显示模块等。
1.2.1 电源转换模块
被测装备板采用7.5 V~8 V电压供电，信号采集板需要3.3 V、5 V以及±12 V四种电压等级，因此需要将测试板载电压等级进行转换。5 V和3.3 V采用两片Alpha公司高性能、低功耗AS117电源转换模块；±12 V电压由两片输入输出隔离单输出DC/DC模块DLW02-05S12获得。经实验测试得知，用上述方法得到的电压纹波较小，电压幅值稳定，满足要求。
1.2.2 微控制器模块
微控制器采用基于Cortex-M3内核型号为STM32F-103R8单片机，最高频率可达72 MHz，具有性能强劲、代码密度高、位带操作、可嵌套中断、低成本和低功耗等众多优势。STM32拥有FSMC、TIMER、SPI、I2C、USB、CAN、I2S、SDIO、ADC、DAC、RTC和DMA等众多外设和功能，拥有优异的实时性能，可提供84个中断、16级可编程优先级，另外支持SWD和JTAG两种调试口，为设计带来很多方便［2］。
该微控制器带有的CAN接口，可方便本系统与其他节点互联，RS-232接口可用于调试及控制液晶显示模块，两路SPI接口可以完成MAX1270 A/D转换器的通信控制及Flash存储器的读写，众多的I/O端口可以方便其他功能扩展。
1.2.3 信号调理模块
火力控制板是某型火力控制系统的重要组成部分，其输出信号主要分为：8路模拟信号和8路输出信号。
（1） 数字信号调理电路
为了便于处理火力控制板输出的8路数字信号，在进入单片机前需要对其进行同步及电平转换。图2为数字信号同步及电平转换电路，主要器件为74HCT245。需要注意的是，在输入单片机时要对比其数据手册，选择具有FT（容忍5 V）标注的管脚，防止电平不兼容［3］。
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