嵌入式航空测试信号发生器设计

同步器信号发生电路如图５所示。
第１８卷 图６下位机软件流程图
相移
调整 电路 同络
㈨
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图５ 同步器信号发生电路
由ＦＰＧＡ锁存的与角度口、日＋１２０。、口＋２４０。成正弦关系 的数字量，连接到ＤＡＣｌ２３０的数字量输入。用相移调整网络 将输入的参考信号转换成三路同相位的参考信号，分别作为３ 个ＤＡＣｌ２３０的参考输入端，３个ＤＡＣ的输出构成一组同步器 信号，分别经过功放即可输出。
（５）ＬＰＣ２２１０采用ＰＤＩＵＳＢＤｌ２实现ＵＳＢ接口，完成与 上位机的通讯［１］。
ＦＰＧＡ根据ＬＰＣ２２１０的控制产生数字脉冲信号、结合旋 变和同步信号发生器产生旋变和同步器两种轴角信号，与 ＡＲＩＮＣ４２９信号通讯接口形成ＡＲＩＮＣ４２９信号发生器。 １．２ ＦＰＧＡ功能设计
ＦＰＧＡ采用ＡＬＴＥＲＡ公司的Ｃｙｃｌｏｎｅ芯片ＥＰｌＣｌ２Ｑ２４０， 该芯片可以保证有足够的资源实现功能。采用ＶＨＤＬ和逻辑 图结合的设计方式，先通过ＶＨＤＬ实现各个模块功能，生成 ｓｙｍｂｏｌ模块，再用由顶层原理图方式完成顶层设计。ＦＰＧＡ 的总体设计图如图２所示。
号的两路输入相获得，发送时钟由４Ｍ晶振信号分频获得。输
八路频率信号输出 图２ ＦＰＧＡ总体设计框图
入和输出的４２９信号转换成并行码后，完成编解码后放入由 ＦＰＧＡ内部ＲＡＭ构成的两个５１２×３２ｂｉｔ的２一ＰＯＲＴ ＲＡＭ实 现数据缓冲。ＡＲＩＮｃ４２９通讯功能模块原理如图３所示。
控制逻辑单元主要完成地址译码和控制信号缓冲分配 功能。 １．２．１频率信号生成
ＦＰＧＡ的频率信号主要输入为晶振电路提供的４ＭＨｚ时钟 脉冲信号，通过设定的 分频数和占空比参数完 成１００～１２０ｋＨｚ的８路 脉冲信号频率的输出。
其主要功能的 ＶＨＤＬ描述下：
１．３旋变、同步器信号发生器 旋变、同步器信号发生器主要用于产生参考信号为２６Ｖ／
４００Ｈｚ（或３６Ｖ／４００Ｈｚ），信号幅值为１１．８Ｖ的旋变和同步器 信号。由于成本的限制，设计中没有采用市场上销售的转换模 块，而主要采用Ｄ／Ａ、相位控制电路和驱动放大电路构成。
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ｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ；
同步器数据锁存与之类似，不再叙述。 １．２．３ ＡＲＩＮＣ４２９信号协议
ＡＲＩＮＣ４２９信号为双极性的串行信号，由ＦＰＧＡ外部的极
性转换电路（图２的４２９通讯接口）完成ＦＰＧＡ的３．３ＶＴＴＬ
数字信号与双极性信号转换互换。
ＦＰＧＡ编程实现串并和并串转换，接收时钟信号由４２９信
刘华伟１，何 利２，郝顺义１
（１．空军工程大学工程学院，陕西西安７１００３８；２． 中国人民解放军第９５５８８部队，陕西西安 ７１０３００）
摘要：针对飞机机载电子系统测试设备在研制过程中直接使用机载系统进行调试和验证工作存在成本高、风险大的问题，研制了以 ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ为核心的嵌入式航空测试信号发生器，可以产生在机载系统测试中涉及的频率、总线以及旋变和同步器等多种信号；通过 在某惯导系统通用测试平台研制过程的实际应用表明，该信号发生器工作稳定可靠，各种信号满足精度等性能要求，极大地方便了测试 平台的调试和验证，同时还嵌入到大型ＡＴＥ设备中构成了系统自检的信号发生源。
对此问题，在某惯导系统通用测试平台的研制过程中，同 时研制了基于ＡＲＭ ＬＰＣ２２１０的嵌入式航空测试信号发生器， 可以产生测试中涉及的频率、电压、电阻、机载总线、旋变、 同步器等信号。该信号发生器不仅极大地方便了调试、缩短了 研制周期，同时，由于发生器留有与上位机通信接口，还作为 一个部件嵌入通用测试平台中，完成系统自检工作。使用过程 中效果良好。
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其中，ｃｙｃｌｅ和ｄｕｔｙ在ＶＨＤＬ中定义的两个信号，其值为 ＬＰＣ２２１０经过计算后输入的分频数和占空比参数。 １．２．２旋变、同步器数据锁存
２．Ｎｏ．９５５８８ ｕｎｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ＰＬＡ。Ｘｉ’ａｎ ７１０３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｂｉｇ ｒｉｓｋ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｕｓｅ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔＯ ｄｅｂｕｇ ａｎｄ ｖａｌｉｄａｔｅ ａｉｒｂｏｒｎｅ ａｖｉｏｎ‘ ｉｃｓ ＡＴＥ，ｔｈｅ ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎ ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ－－ｂａｓｅｄ ｅｍｂｅｄｅｄ ｔｅｓｔ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｍａｎｙ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｉｇｎａｌｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｓｔ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ，ａｉｒ ｂｕｓ ｓｉｇｎａｌ，ｒｅｓｏｌｖｅｒ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｓｙｎｃｈｒｏ ｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＩＮＳ ＡＴＥ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃａｎ ｗｏｒｋ ｓｔｅａｄｉｌｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅ— ｑｕｅｓｔ．Ａｎｄ ｔｈｉｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｏｆ ｄｅｂｕｇ ａｎｄ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＡＴＥ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｔ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｅｍｂｅｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ＡＴＥ ａｓ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎ ＡＴＥ ｓｅ“一ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ；ｔｅｓｔ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ；ｐＣ／ＯＳ－－１１
１硬件电路设计
１．１系统总体方案 根据通用测试平台的测试需求分析，在测试中主要涉及频
率、电压、电阻、机载总线信号、旋变、同步器等信号。测试 信号发生器采用ＡＲＭ＋ＦＰＧＡ为核心，由用户通过键盘或上 位机设定、控制信号器信号产生方式和参数。系统的总体结构 如图１所示。
收稿日期：２０１０—０４—０２Ｉ修回日期：２０１０—０５—０９。 作者简介：刘华伟（１９８０一），男，讲师，主要从事导航工程技术、综合 测试技术等方面研究．
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文章编号：１６７１—４５９８１２０１０）１０—２４４８—０３
中图分类号：ＴＰ２１６
文献标识码：Ａ
嵌入式航空测试信号发生器设计
关ｔ词：测试信号发生器；嵌入式，ｖＣ／ＯＳ－ＩＩ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｍｂｅｄｅｄ Ａｒｅｏ Ｔｅｓｔ Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
Ｌｉｕ Ｈｕａｗｅｉｌ，Ｈｅ Ｌｉ２，Ｈａｏ Ｓｈｕｎｙｉｌ （１．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００３８，Ｃｈｉｎａ；
０ 引言
飞机机载电子系统测试设备是飞机维护保障的重要支撑， 几乎所有的机载航电设备都配备有测试系统。在航空测试系统 研制过程中，调试和验证工作大多依靠机载被测件进行。由于 研制过程中技术状态的不稳定使得这种方式有很大的风险，极 有可能损坏机载设备；同时机载设备价格昂贵，备件少，借设 备进行调试费用高，时间难以保证，将会造成研制成本高、进 度不可控等问题。
这种设计方案效果与市面上可购买的转换模块一样，但成 本低了一半以上。
２系统软件设计 系统软件设计包括下位机ＬＰＣ２２１０的软件和上位机软件
设计。 ２．１下位机软件编程
ＬＰＣ２２１０采用，ｕｃ／ｏｓ－ＩＩ操作系统［２］，采用Ｃ语言编程。系 统根据功能划分成３个任务：主机通讯任务、显示键盘任务Ｔａｓｋ— ＤｉｓＫｅｙ Ｏ、参数计算任务和信号输出控制任务ＴａｓｋＣｔｌＭａｉｎ（）。 在操作系统中任务的优先级根据任务的重要程度确定［３］，并且在 应用程序运行时不改变优先级，在设计中以主机通讯任务优先级 最高，ＴａｓｋＩ）ｉｓＫｅｙ（）优先级次之，ＴａｓｋＣｔｌＭａｉｎ（）优先级最 低，在设计中定义了互斥的信号量，防止在信号输出控制任务在 未完成功能的情况下被优先级高的任务所抢占，造成系统硬件电 路输出异常损坏系统。同时任务间的通讯通过消息邮箱来传递消 息缓冲区指针。下位机软件流程如图６所示． ２．２上位机软件编程
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图３ ＡＲＩＮＣＡ２９通讯功能模块原理图
万方数据
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计算机测屠与控制
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与鼹孽垂斟蒌斡萨‘ 聊３ＢＶⅢ／４０。０＿Ｈｚ－＂７－３口相鏊露叫 图４旋变信号发送电路
由ＦＰＧＡ锁存的与角度信号成正弦和余弦关系的数字量 输入到ＤＡＣｌ２３０的数字量输入端，参考信号３６（２６） Ｖ４００Ｈｚ正弦交流信号经变压器送到相移调整电路，经移相 （在输出调谐时进行调整）后作为ＤＡＣ的参考信号端输入，两 个ＤＡＣ分别完成模拟乘法运算得到旋变信号，再经过功放 ＯＰＡ５４４即可输出。
上位机软件编程采用ＶＣ＋＋６．０编程环境完成编程。上位机 主要通过ＵＳＢ发送控制字和信号参数。软件流程图如图７所示。
系统初始化完成后，用户在界面上设定参数，向下位机发 送状态查询字获取下位机状态，如下位机准备好了即发送参数
图７上位机软件流程图
控制下位机产生信号，再向下位机发送查询字，判断下位机的 接收状态，完成一次发送控制。使用两次发送查询字来保证系 统工作可靠。
（１）利用ＬＰＣ２２１０自带的两个ＵＡＲＴ接口产生两路 ＲＳ２３２信号，一路为三线制、一路为完整的调制解调器接口， 分别使用ＳＰ３２３２Ｅ和ＳＰ３２４３ＥＣＡ完成电平转换【】】。