基于MSP430單片機的發(fā)控時(shí)序檢測系統電路設計

　　基于MSP430F149單片機，設計一種發(fā)控時(shí)序檢測系統。該系統運用數字信號處理技術(shù)、計算機自動(dòng)控制技術(shù)等，在點(diǎn)火觸頭和對接插頭采集發(fā)控信號，并對信號的電壓幅值、電流大小、信號噪聲、信號上升、下降沿寬度進(jìn)行分析，顯示檢測信號與標準值的偏差并給出評估值；同時(shí)檢測對接的可靠性，對同一號管進(jìn)行三次對接并分析信號的差異，從而評估對接的可靠性；詳細記錄每次的檢測數據，每次檢測時(shí)都與歷史數據進(jìn)行對比分析，得出同一號管數據的變化規律及與其他所有管數據的一致性，從而確定發(fā)控系統的潛在故障，給出維修指導。該檢測系統不僅使檢測數據準確、過(guò)程簡(jiǎn)化，還節省時(shí)間，能有效提高火箭炮的作戰效能。

　　基于MSP430F149的最小系統設計

　　MSP430F149單片機適合于許多較復雜控制應用場(chǎng)合，選用該芯片來(lái)構建最小系統，完全能滿(mǎn)足系統正常工作的要求。本系統基于MSP430F149所設計的最小系統作為硬件的核心控制部分，系統除了包括單片機正常工作所必須的電源電路和復位電路外，還包括多芯切換電路、鍵盤(pán)和液晶顯示電路、通信接口電路、數據存儲電路和聲音報警電路等。

　　電源電路設計

　　在單片機應用中必須提供復位信號，以保證單片機能正確復位，從而進(jìn)入正確的工作狀態(tài)。此外，單片機也需要穩定的電壓信號，因此必須提供電源電路。電源電路及復位電路如圖2所示。圖中，輸入的電壓經(jīng)TPS70633芯片轉換成3.3V的電壓，以滿(mǎn)足單片機的工作電壓要求。通過(guò)MAX809STR產(chǎn)生復位信號送給單片機。為了減小干擾，每個(gè)芯片的電源端都加上一個(gè)0.1μF的電容進(jìn)行濾波處理。

　　圖2 電源電路及復位電路圖

　　多芯自動(dòng)切換電路設計

　　在自動(dòng)測試系統中，經(jīng)常需要對多路數據進(jìn)行采集，有時(shí)還需在不同的測試流程中獲取不同通道的數據信號。以前人們常通過(guò)增加A/D采樣前端的模擬開(kāi)關(guān)數目來(lái)解決，但是如果檢測系統中含有高壓電路的切換，模擬開(kāi)關(guān)則不再合適，繼電器在這方面則具有明顯的優(yōu)勢，其具有能夠切換較大電流和電壓的能力，同時(shí)還可以使驅動(dòng)控制電路與被控觸點(diǎn)電路完全隔離，使用安全系數高。

　　在選擇繼電器時(shí)，綜合考慮實(shí)際的技術(shù)要求、功能特性和環(huán)境適應性，參照繼電器的性能參數、體積大小、安裝方式、負載特性等，本方案選擇了松下公司生產(chǎn)的TX2-5V繼電器作為測量電路切換的開(kāi)關(guān)器件。該繼電器具有響應時(shí)間快、耐壓值高、體積小和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足測試時(shí)的長(cháng)時(shí)間連續掃描和在高壓下工作的要求。

　　圖3 多芯自動(dòng)切換電路原理圖

　　32芯電纜的點(diǎn)火裝置的端電壓和回路電阻的測量，是相對于火箭炮系統地，檢測系統還需對模擬信號進(jìn)行調整、模數轉換、單片機處理數據，因此，多芯自動(dòng)切換電路，既要實(shí)現恒壓、恒流的自動(dòng)切換，又要實(shí)現多路信號之間的切換。電路設計時(shí)每芯采用一個(gè)雙路繼電器實(shí)現切換，既能實(shí)現該芯電纜的恒壓、恒流的加載，又能實(shí)現多路信號的測量與切換。自動(dòng)切換電路原理如圖3所示，圖中，在IN31之前省略了 IN1～IN30，IN1～IN30的線(xiàn)路連接與IN31的相同；J32的1引腳與J1的6引腳相連接。

　　數據采集電路設計

　　A/D芯片接口電路設計

　　ADS1241需要外部時(shí)鐘才能工作，因此需要在XIN和XOUT管腳外接晶體，提供芯片工作時(shí)所需要的時(shí)鐘。本系統采用的是頻率為2.4576MHz的晶體，電容為20pF，電容的選擇是與晶體的頻率有關(guān)系的。ADS1241通過(guò)SPI串口與單片機進(jìn)行連接，這里使用的是4線(xiàn)方式，即SCLK、DIN、DOUT和CS管腳與單片機進(jìn)行連接。另外，ADS1241的DRDY管腳與單片機的一般 I/O管腳進(jìn)行連接，這樣可以通過(guò)該管腳來(lái)判斷是否準備好，由于該管腳輸出低電平有效，因此需要將該管腳拉高。ADS1241接口電路如圖4所示。

　　在圖4中，數字電源和模擬電源都采用3.3V電壓供電，為了減小電源處的干擾，因此需要加 0.1μF的電容進(jìn)行濾波處理。本系統中也將數字地和模擬地接在一起，但在某些具體的應用中可能需要將數字地和模擬地分開(kāi)。AS1241的外部參考電源可以是差分方式，也可以是非差分方式，本系統中采用非差分方式，因此只需要將Vref+管腳接外部參考電源，Vref-管腳接地就可以了。在本系統中，將 PWND管腳接高電平，使該芯片一直處于工作狀態(tài)；低功耗場(chǎng)合下，可以將該管腳與單片機的一般I/O進(jìn)行連接，通過(guò)單片機來(lái)控制ADS1241的低功耗狀態(tài)。

　　圖4 ADS1241接口電路圖

　　數據存儲電路設計

　　檢測系統數據存儲選用大容量的EEPROM CAT24WC256，它是一個(gè)256K位串行CMOS EEPROM，內部含有32768個(gè)字節，每字節為8位。CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)減少了器件的功耗，CAT24WC256有一個(gè)64字節頁(yè)寫(xiě)緩沖器，該器件通過(guò)I2C總線(xiàn)接口進(jìn)行操作，如圖5所示。

　　圖5 數據存儲電路原理圖

　　測量電路設計

　　發(fā)控時(shí)序電壓測量電路設計

　　輸出電壓VS分壓后進(jìn)行差分采樣，采樣后送給單片機進(jìn)行AD采樣，通過(guò)AD采樣值與設定值進(jìn)行比較實(shí)現過(guò)壓警告和過(guò)壓保護，同時(shí)AD采樣值可以通過(guò)通訊接口上傳計算機，進(jìn)行該路輸出電壓顯示，電壓檢測電路如圖6所示。

　　圖6 電壓測量電路圖

　　發(fā)控時(shí)序電流測量電路設計

　　采樣電流用平衡式電流互感器進(jìn)行電流檢測，輸出電流信號轉化成電壓信號送給單片機進(jìn)行AD采樣，通過(guò)AD采樣值與設定值進(jìn)行比較實(shí)現過(guò)流警告和過(guò)流保護，電流檢測電路如圖7所示。電流信號產(chǎn)生兩路模擬電壓信號送給單片機進(jìn)行采樣，保障在電流全范圍內的精度。

　　圖7 電流檢測電路圖

　　點(diǎn)火負載阻值測量電路設計

　　火箭炮發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火負載電阻值通常很小，使用通用器材和方法測量達不到要求的精度。雙臂電橋測小電阻很準確，但是測量使用大電流，線(xiàn)纜容易發(fā)熱，影響檢測結果，如要精確測定，則需調平衡，所以不能滿(mǎn)足快速測試的要求。為了準確測定點(diǎn)火電阻，本系統采用帶溫控反饋的恒流源以及高精度比例運放測量點(diǎn)火負載電阻，而且儀器通過(guò)自檢的方式排除系統誤差（包括系統線(xiàn)路阻值和接觸點(diǎn)阻值等），點(diǎn)火回路電阻的測量原理如圖8所示。

　　圖8 點(diǎn)火負載阻值測量原理圖

　　本系統中，根據測定電阻的范圍和精度要求，選擇DH900型精密恒流三極管，使用電阻調節，測定標準恒流為20mA。

　　恒流三極管有極好的恒流和調整特性，溫度系數低、電流穩定度高，是一種精密的集成電路恒流器件。國產(chǎn)的DH900系統為新型超精密恒流源器件，恒流范圍擴展到1μA~20A，可并聯(lián)使用、可遠距離傳輸，負載可斷開(kāi)等。

　　單片機控制電路設計

　　鍵盤(pán)電路設計

　　在單片機應用系統中，通常具有人機對話(huà)功能，能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數據輸入以及報告應用系統的運行狀態(tài)與運行結果。本系統人機交互的主要作用是選擇檢測內容、查看檢測結果、控制通信和打印等，沒(méi)有設計數據輸入，而且檢測過(guò)程是自動(dòng)控制，所以只需要幾個(gè)功能按鍵。系統采用獨立式端口鍵，每個(gè)按鍵接入一個(gè)中斷引腳，采用端口中斷方式獲取鍵值，如圖9所示。

　　圖9 鍵盤(pán)電路圖

　　液晶顯示電路設計

　　液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對其顯示區域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可顯示出圖形。液晶顯示器按其顯示方式分為點(diǎn)陣式、段式、字符式等。點(diǎn)陣液晶顯示器具有體積小、重量輕、外形薄、耗能小、工作電壓低、無(wú)輻射，特別是視域寬、顯示信息量大等優(yōu)點(diǎn)。

　　液晶顯示屏通過(guò)一個(gè)20腳的插座與主芯片相連，通過(guò)一個(gè)50K的可調電阻調節驅動(dòng)電壓的大小控制液晶的亮度，通過(guò)兩個(gè)三極管控制液晶的背光，如圖10所示。P1.5控制液晶顯示數據/顯示指令數據，P1.6控制數據的讀/寫(xiě)，P1.7控制使能信號，P2的8個(gè)引腳作為數據引腳，P3.0和P3.1作為液晶的片選信號，P4.1控制液晶的背光顯示。

　　圖10 液晶顯示電路圖

　　通信接口電路設計

　　通信接口擔負與外圍的串行主機數據交換和支持打印等任務(wù)。串行通訊只需較少的端口就可以實(shí)現單片機和PC機的互通，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。MSP430 系列都有USART模塊來(lái)實(shí)現串行通信。在本設計中，MSP430F149的USART模塊通過(guò)RS232串口與外圍的串行主機通信。系統采用專(zhuān)用電平轉換芯片MAX3232來(lái)實(shí)現電平轉換，如圖11所示。MAX3232芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的電平轉換芯片，包含兩路接收器和驅動(dòng)器，性能可靠。

　　圖11 通信接口電路原理圖

　　聲音蜂鳴報警電路設計

　　聲音報警使用蜂鳴器，通過(guò)I/O端口輸出脈沖控制，改變脈沖的頻率和作用時(shí)間進(jìn)行不同種類(lèi)的提示或者報警。為了提高驅動(dòng)能力，讓蜂鳴器產(chǎn)生一定強度的聲音，采用了對稱(chēng)的晶體管驅動(dòng)，其電路如圖12所示。

　　圖12 聲音蜂鳴報警電路原理圖