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根据AVR单片机的卫星地上测控体系规划

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  • 发布日期:2012-02-17 08:54
  • 有用期至:长期有用
  • 技能区域:广东湛江市
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具体阐明
导言

 

本文介绍了单片机Atmega128在一种卫星地上测控体系中的运用,该体系运用Atmega128完结了10路模仿信号的丈量、4路脉冲信号的频率丈量以及脉冲宽度的丈量,由单片机上的16位守时计数器输出两路与输入信号具有相位联系的信号,并经过外扩串口与其它测验模块及工控机进行通讯。因为要求体系可以接连安稳作业3年,而且数据不能丢掉,因而,在规划时选用了双电源冗余热备份的计划,而且选用两个工控机一起接纳数据并互为备份的规划计划。

 

硬件规划

 

Atmega128归于Atmel公司的AVR系列单片机,是一种高性能、低功耗的8位操控器,履行大多数指令只需求一个时钟周期。其最高主频可到达16MHz;自带128KB可在线编程的闪存、4KB的EEPROM、4KB的SRAM,程序可进行加密;自带JTAG接口,便于程序的调试;集成外设:两个8位守时计数器、两个16位守时计数器、两个8位PWM通道、6个16位PWM通道、8个10位 ADC通道、一个I2C接口、两个可编程异步串行接口、一个SPI接口、一个看门狗守时器和8个外部中止源。

 

卫星地上测控体系首要由电源模块、电子机箱、测验箱、工控机以及红外地球灵敏器构成,体系结构如图1所示。其间两台电源并联, 输出串联二极管。在整个测控体系中,测验箱的操控功用是经过Atmega128完结的。

 

 

图1 卫星地上测控体系结构图

 

测验箱的硬件原理如图2所示。测验体系以AVR单片机为中心,外围电路由串口通讯、ADC采样和DAC输出等部分构成。

 

 

测验箱的硬件原理

 

单片机与工控机之间经过RS-232规范总线进行数据通讯,在规划中选用电平转化芯片MAX202来完结二者的电平兼容。为了可以和测验体系的其它模块进行串口通讯,选用Xicor公司的双串口芯片ST16C2552外扩了两个串口,因为与外扩串口通讯的是-12V~+12V的信号,不是规范电平,因而,要别的规划电平转化电路。运用Altera公司的可编程逻辑器材EPM7128完结对DAC和ADC的逻辑操控;运用BB公司的12位ADC完结对遥测信号的丈量;选用BB公司的12位DAC芯片DAC7615发生电地球波信号。

 

具体功用如下:

 

ADC丈量:将输入的10路模仿信号经过阻抗匹配后衔接到通道挑选器,再接到ADC芯片ADS7835的信号输入端,ADC的输出信号以及操控信号经过光阻隔接到EPLD逻辑,在逻辑内部完结对ADC发起信号、转化通道的挑选,以及对时钟信号、数据信号的操控。

 

DAC 输出:单片机经过逻辑芯片完结对DAC的片选、时钟、数据等信号的操控,DAC的输出信号经过光阻隔后,再经过运算放大器进行阻抗匹配后才接到整个测验体系的其它模块。DAC参阅电压的安稳性至关重要,假如参阅电压安稳性差,将导致整个DAC的输出动摇很大,达不到输出精度要求,因而,经过一个稳压芯片 AD584给DAC供给参阅电压。

 

频率丈量:电测箱需求对2路基准信号和2路光栅信号进行丈量,运用AVR单片机的外部中止和计数器1、3完结丈量。将2路基准信号别离接到单片机的外中止INT0和INT1,将光栅信号别离接到单片机的计数器1和3。在电测箱需求完结的各项功用中,电地球波的输出是一个难点,因为需求电地球波的输出与基准信号具有相位联系,而且要求输出具有可变相位、起伏和斜率的信号,本文经过计数器1和3的比较中止完结电地球波的输出。

 

串口通讯:经过单片机自带的两个异步串口,并经过电平转化与上位工控机通讯,经过双串口芯片ST16C2552外扩两个串口与测验体系的其它模块通讯,此外,为确保体系的可靠性,一切的信号均经过光阻隔。

 

软件完结

 

单片机软件

 

运行在单片机的底层软件首要担任ADC的收集、DAC的输出以及串口的通讯,下面具体介绍各个部分:

 

1、 光栅频率丈量:丈量模仿基准一个周期内的光栅个数

 

在程序中,每次进入外中止0的处理程序void int0_isr(void)(即基准脉冲上升沿到来时)调用void do_gd_opt_frq()函数丈量光栅频率。

 

在do_gd_opt_frq ()函数中,先把前一次读取计数器1的计数值保存在大局变量time1_prev中,再读取计数器1的值并保存在time1_next中,因为两次中止的距离便是模仿基准的周期,有一个光栅脉冲计数器1就加1,所以,前后两次的差值便是一个模仿基准周期内光栅的个数。

 

2、 模仿基准起伏

 

在INT0的中止处理函数中置一个大局标志refoa_gd_flag = 0xff,在一个100?s的守时器的中止处理函数中查询此大局标志,若置位,则对模仿基准的ADC通道接连采样400次,采样后清 refoa_gd_flag标志并置采样结束的标志refoa_gd_finished = 0xff。在主程序main()函数中不断查询refoa_gd_finished标志,若置位,则调用do_refoa_high()函数求出模仿基准起伏,然后清标志。在do_refoa_high()函数中求出采样400个点中的最大值和最小值,两者之差即为模仿基准起伏。

 

3、 模仿基准周期:丈量一个模仿基准周期的毫秒值

 

在一个1ms的守时器溢出中止处理函数中,大局的计数变量ref_gd_count加1,ref_gd_count初始化为0。在外中止0的处理函数 int0_isr()中读取ref_gd_count的值,即为模仿基准的周期,再把ref_gd_count清零。这样,只要第一次丈量值是无效的,今后均为有用的模仿基准周期。

 

4、 模仿基准宽度

 

在INT0的中止处理函数中置大局变量refoa_width_gd_ count=0,在100?s的守时器中止中查询外中止0的引脚是否为高电平,是高电平则refoa_width_gd_count加1,直至变为低电平,refoa_width_gd_ count的值便是模仿基准的宽度。

 

5、 电地球波

 

在do_ein()函数中处理工控机串口传过来的电地球波信息,假如是中止电地球波指令(state=0),经过DA电地球波直接输出高电平并铲除电地球波使能标志位ein_gd_enable。假如是开端电地球波指令(state=1),把相位、宽度、幅值、斜率等信息赋给大局变量保存,而且核算出步距和斜率上各个点的输出值,置位电地球波使能标志 ein_gd_enable。

 

电地球波的发生是以模仿基准为基准的,在INT0的中止处理函数中设置计数器的比较中止并使能。

 

图3中, T0与T1 之间是地球波的相位,T2与T5之间是地球波的宽度。在T1时间进入计数器1的比较中止timer1_compa_isr(),大局变量 ein_count_gd初始化为0,若ein_count_gd不等于1,则设置比较中止寄存器初值为下一步距点,并经过DA输出,若下一个比较中止到来ige ein_count_gd不等于1,则持续设置比较中止寄存器初值为下一个步距,并输出幅值,直到斜率上一切的幅值输出结束,置ein_count_gd 等于1并设置比较中止寄存器,使T4进入比较中止。T4进入比较中止,并依照前述办法输出斜率上一切的幅值,结束则制止比较中止并置 ein_count_gd=0xff。

 

 

地球波的相位

 

ADC收集和串口通讯比较简略,这儿不再赘述。

 

软件编译与下载

 

因为单片机程序是选用C言语规划完结的,因而,需求用Image Craft公司的ICCAVR编译器进行编译,生成COF文件,再用AVR STUDIO调试软件和双龙公司的AVR JTAG仿真器进行调试。调试完结后,运用单片机的JTAG接口写入内部闪存即可。

 

上位工控机软件

 

运行在工控机上的软件首要担任处理AVR单片机经过串口传送过来的数据并进行超差、报警的检查,然后把数据存储在ACCESS数据库中,以便检查。该软件可以设置电地球波的起伏、宽度、相位,并能自主操控电地球波的发生或中止。

 

上位工控机软件选用VC6.0编写,其间的数据库部分选用ADO技能。ADO是Microsoft公司为最新和最强壮的数据拜访典范 OLE DB 而规划的,是一个便于运用的运用程序层接口。ADO 最首要的长处是易于运用、速度快、内存开销少且磁盘遗址小。

 

结语

 

选用Atmel公司的AVR系列单片机进行体系规划,其外围设备丰厚、集成开发环境简略易用、支撑在线仿真等特色使得体系的开发周期大大缩短。本文介绍的体系运用了许多Atmega128的外围资源,并经过Atmega128供给的守时计数器的比较中止处理了体系规划中的难题。

 
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