混合集成特定頻率信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

混合集成特定頻率信號(hào)發(fā)生器主要應(yīng)用于某軍用引信安全控制系統(tǒng)。它在該引信設(shè)計(jì)中起著中樞神經(jīng)的作用,主要用于實(shí)現(xiàn)全電子安全系統(tǒng)狀態(tài)的控制,即按預(yù)定條件(如時(shí)間、氣壓、指令等)控制引信在一定邏輯程序作用下,正確實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)設(shè)置、保險(xiǎn)解除、環(huán)境信息綜合判斷、特定頻率信號(hào)產(chǎn)生等控制功能。該系統(tǒng)可根據(jù)魚雷的特點(diǎn)和使用要求來(lái)控制三級(jí)保險(xiǎn)的設(shè)置。依靠敏感的系統(tǒng)發(fā)射或運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同的獨(dú)立航道環(huán)境或指令來(lái)解除保險(xiǎn),以確保系統(tǒng)使用過(guò)程中的安全,同時(shí)選用簡(jiǎn)單、成熟的保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)提高可靠性。

混合集成特定頻率信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)主要是采用可編程邏輯器件進(jìn)行邏輯編程,以實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)所需求的復(fù)雜邏輯功能。該方法可大大減小元器件數(shù)量,增加系統(tǒng)可靠性,而且工作狀態(tài)穩(wěn)定,反應(yīng)速度快,設(shè)計(jì)周期短,系統(tǒng)成本低。其工藝采用先進(jìn)的厚膜混合集成技術(shù),產(chǎn)品重量輕,體積小,可靠性高,一致性好。

1 電路設(shè)計(jì)原理框圖

該電路的基本原理框圖如圖1所示。它主要由晶體振蕩器為兩個(gè)可編程邏輯器件(isp1016E)提供4.096MHz的頻率信號(hào),并經(jīng)分頻產(chǎn)生1 kHz信號(hào),然后將其作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘觸發(fā)。三級(jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)(即系統(tǒng)中的解保信號(hào))依次加到四光電耦合器上,其中第一級(jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)可編程邏輯器件isp1016E-1,其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換后,可將原來(lái)輸出端的高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào),以解除系統(tǒng)第一級(jí)保險(xiǎn)。

第二級(jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)光耦隔離后用于驅(qū)動(dòng)另一個(gè)可編程邏輯器件isp1016E-2,該信號(hào)經(jīng)判斷確認(rèn)時(shí)序正確時(shí),isp1016E-2的輸出信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器可產(chǎn)生低電平信號(hào),以解除系統(tǒng)第二級(jí)保險(xiǎn)。

當(dāng)?shù)谌?jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)到來(lái)并確認(rèn)當(dāng)前的三級(jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)序關(guān)系正常后,系統(tǒng)便通過(guò)isp1016E-2產(chǎn)生特定頻率和占空比的5 V TTL信號(hào),以解除第三級(jí)保險(xiǎn),從而使系統(tǒng)進(jìn)行高壓充電,此時(shí)引信處于待爆狀態(tài)。

當(dāng)三級(jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)序不正常時(shí)。第四路開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離可為兩只isp1016E提供復(fù)位信號(hào),以使特定頻率信號(hào)輸出端無(wú)輸出,從而使引信絕火。

2 方案設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)數(shù)字電路中多由TTL和CMOS器件構(gòu)成邏輯電路,這樣的系統(tǒng)大多存在邏輯器件數(shù)目多,電路復(fù)雜,板塊龐大等缺點(diǎn)。而可編程邏輯器件內(nèi)部有大量的門電路(2000門)和觸發(fā)器,通過(guò)編程可以連接成各種中小規(guī)模的數(shù)字電路。這樣。寄存器、計(jì)數(shù)器、多路選擇、譯碼器等電路都很容易通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。另外,也可以利用可編程邏輯器件配套軟件中具備的宏單元庫(kù),來(lái)編程完成高性能系統(tǒng)所要求的復(fù)雜邏輯功能。

由于混合集成特定頻率信號(hào)發(fā)生器的邏輯關(guān)系比較復(fù)雜,為此,本設(shè)計(jì)選用可編程邏輯器件isp1016E來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯功能。以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)難度。這樣,只要在計(jì)算機(jī)上輸入數(shù)字電路原理圖或用硬件描述語(yǔ)言描述數(shù)字電路,然后經(jīng)過(guò)編譯,并將編譯后的數(shù)據(jù)文件下載到可編程邏輯器件上即可完成數(shù)字電路的設(shè)計(jì),而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,器件少,成本低,設(shè)計(jì)方便,不容易損壞,同時(shí)可大大增加系統(tǒng)的可靠性、減少系統(tǒng)體積。

3 軟件設(shè)計(jì)

混合集成特定頻率信號(hào)發(fā)生器軟件由isp1016E-1芯片軟件和isp1016E-2芯片軟件組成。用于實(shí)現(xiàn)有效環(huán)境信號(hào)的識(shí)別、時(shí)序判斷、兩級(jí)保險(xiǎn)的解除、特定頻率信號(hào)的產(chǎn)生等功能。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先定義可編程邏輯器件isp1016E的I／O端口,然后采用Viewlogic軟件對(duì)系統(tǒng)可編程邏輯器件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)編譯完成后,便可將數(shù)據(jù)文件下載到可編程器件中。IspLSI器件可在線路板上編程;也可在專用編程器上編程。

3.1 isp1016E-1芯片設(shè)計(jì)

isp 1016E-1芯片主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)有效環(huán)境信號(hào)識(shí)別、第一級(jí)保險(xiǎn)的解除等功能。其設(shè)計(jì)思想首先是將外接晶振頻率分頻至1 kHz,以將其作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘觸發(fā),每毫秒采樣一次第一級(jí)開(kāi)關(guān)信號(hào)(即解保信號(hào))來(lái)對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)至第N次時(shí),截止計(jì)數(shù)過(guò)程并發(fā)驅(qū)動(dòng)信號(hào),接著輸出低電平以驅(qū)動(dòng)后序第一級(jí)保險(xiǎn)動(dòng)作,同時(shí)將信號(hào)傳至isp 1016E-2。