基于DSP的某彈載計算機單元的設計

　　摘要：隨著(zhù)精確制導武器的發(fā)展，為了滿(mǎn)足某型彈載計算機的性能和使用要求，文章提出了一種采用基于DSP內核的SOC芯片實(shí)現某型彈載計算機單元的解決方案。設計方案采用處理器HKS6713，對數字電路接口實(shí)現了光電隔離，采用了模擬/數字電路一體化設計，并具有GJB289A通信接口。文章對計算機單元的硬件設計與實(shí)現方法進(jìn)行了較為詳盡的描述。該計算機單元滿(mǎn)足了某型武器制導控制的使用需求。

　　關(guān)鍵詞：DSP;SOC;GJB289A總線(xiàn);光電隔離;AD/DA轉換

　　引言

　　隨著(zhù)精確制導武器的發(fā)展，作為控制核心的計算機單元，其一體化和集成度越來(lái)越高、接口越來(lái)越豐富。本文以某型彈載計算機單元的需求作為背景，介紹了一種基于TMS 320C6713內核的SOC芯片HKS6713的計算機單元的硬件設計與實(shí)現方案，較好得滿(mǎn)足了彈載計算機的各控制需求，同時(shí)具有小型化、數模一體化和控制接口豐富的特點(diǎn)。

　　1 總體設計

　　計算機單元以基于TMS320C6713內核的SOC芯片HKS6713作為處理控制核心，采用SOC+CPLD的系統結構，計算機單元系統結構見(jiàn)圖1所示。

　　計算機單元各控制接口豐富，其主要功能模塊包括：處理器電路、存儲器電路、異步串行接口電路、開(kāi)光量輸入輸出電路、模擬量輸入輸出電路、GJB289A總線(xiàn)接口電路、電源轉換電路和CPLD等。計算機單元用來(lái)實(shí)現對制導組合體的核心控制功能，一些重要的接口必須實(shí)現光電隔離。

　　2 詳細設計

　　由于計算機單元接口眾多，在詳細設計中僅對主要的以下電路作出介紹：處理器及其外圍電路、異步串行接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出隔離電路、電源監控調理電路和模擬量輸出電路。

　　2.1 處理器及其外圍電路

　　處理器及其外圍電路包括HKS6713處理器、時(shí)鐘電路、JTAG驅動(dòng)電路、復位電路、存儲器電路。

　　HKS6713是集成DSP內核(與TI公司TMS320C6713完全兼容1、GJB289A協(xié)議處理器、429總線(xiàn)控制器、CAN總線(xiàn)控制器、多路串口控制器、64kB雙口存儲器、BLOCKTROOP模塊、AD轉換器、定時(shí)器以及多路中斷控制等功能的大規模SOC芯片，最高主頻200MHz。計算機單元使用該SOC芯片的C6713內核、GJB289A協(xié)議處理器、雙口RAM、多路串口控制器、BLOCK TROOP模塊、AD轉換器和多路中斷控制等功能。圖2為HKS6713的功能結構圖。

　　模塊上晶振產(chǎn)生DSP內核需要的40MHz時(shí)鐘、GJB289A協(xié)議處理器需要的12MHz時(shí)鐘以及多路UART控制器需要的14.7456MHz時(shí)鐘。電壓監控芯片TPS3307—33實(shí)現計算機單元的3種復位：手動(dòng)復位、上電復位、電壓監控復位。FLASH存儲器訪(fǎng)問(wèn)使用HKS6713處理器EMIF 接口的CE1空間，SDRAM使用接口CE0空間。

　　2.2 異步串行接口電路

　　異步串行接口包括UART控制器及接口電平轉換電路，其中UART控制器由HKS6713處理器內部集成，并配以電平轉換芯片。設計采用隔離電源和信號光耦隔離器件。RS422接口芯片主要特性包括支持完全故障安全特性、接口管腳具有15kV HBM(人體放電模式)ESD保護能力，接收端正負極之間采用120Ω標準匹配電阻，另外在接口管腳上并聯(lián)一片SRV05-4接口保護電路增強ESD保護能力。圖3為隔離RS422串行接口電路圖。

　　2.3 開(kāi)光量輸入輸出隔離電路

　　離散量輸入信號為28V/懸空，信號經(jīng)光隔和驅動(dòng)器后，由DSP讀取狀態(tài)。光耦輸入前級低端設計有穩壓管，防止輸入端開(kāi)路時(shí)干擾信號引起的光隔輸出誤動(dòng)，當光耦導通時(shí)，穩壓管工作在擊穿狀態(tài);離散量信號輸入端與28VGND之間連接有雙向TVS管，能防止輸入信號上的電壓尖峰損壞光隔;光耦前級并聯(lián)一個(gè)反向二極管，防止反向電壓對光耦造成破壞。圖4為開(kāi)關(guān)量輸入處理電路。

　　開(kāi)關(guān)量輸出，信號特性為28V/懸空，開(kāi)關(guān)量輸出電路中使用光耦隔離期間，該光耦輸出端采用達林頓管，開(kāi)關(guān)量輸出端與28V地之間接反向二極管，防止反向電壓對光耦造成損壞。圖5為開(kāi)關(guān)量輸出處理電路。

　　2.4 電源監控調理電路

　　熱電池電壓信號和載機電源電壓信號采集電路如圖6所示，根據設計要求，電壓信號輸入需隔離。電壓信號的調理電路包括分壓電路、跟隨電路、隔離電路和濾波電路。分壓電路將熱電池電壓信號調理到0～3.3V。跟隨電路具有高輸入阻抗的特性，可避免后端隔離電路輸入阻抗不一致對分壓電路造成影響。隔離電路采用隔離運算放大器通過(guò)電容耦合實(shí)現隔離功能。濾波電路為由運放和阻容器件構成的二階有源低通濾波器(巴特沃思濾波器)，該濾波器可對隔離運放輸出的信號進(jìn)行濾波，為保證對噪聲進(jìn)行濾波又不使信號產(chǎn)生失真，設計其截至頻率為100kHz。

　　2.5 模擬量輸出電路

　　模擬量輸出由1片12位4路輸出D/A轉換器完成，轉換器的輸出經(jīng)過(guò)跟隨放大電路驅動(dòng)后輸出。圖7為模擬量輸出電路圖。

　　3 結束語(yǔ)

　　本文介紹了一種彈載計算機單元的設計與實(shí)現方法，此設計方法具有集成一體化、數模一體化和接口豐富的特點(diǎn)，并且處理器使用了基于TMS320C6713內核的SOC芯片HKS67 13。對于控制計算機上廣泛使用的接口光電隔離技術(shù)、電源監控技術(shù)和AD/DA轉換技術(shù)等方面，本文具有一定的參考價(jià)值。