基于ARM的嵌入式航空拖靶高度控制器設(shè)計(jì)

這里所選用的中央處理器是ARM7TDMI-S體系結(jié)構(gòu)的32位微處理器芯片LPC2124。該處理器集成有16 KB的內(nèi)部RAM和128 KB的內(nèi)部FLASH存儲器，這些資源能夠滿足μC／OS-Ⅱ嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的運(yùn)行要求。除此之外還集成有2路UART串口、4路10位A／D轉(zhuǎn)換器、1個I2C接口、2個SPI接口、6路PWM輸出以及多路通用I／O口，分別用于與地面調(diào)參器通信進(jìn)行高度裝定及其他參數(shù)的校正、與雷達(dá)高度表通信以獲取高度值、對加速度計(jì)輸出進(jìn)行AD采樣、與小容量的E2PROM芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)讀／寫以修改和保存設(shè)置的參數(shù)、控制舵機(jī)工作等功能。選用該芯片可以極大地簡化外圍電路的設(shè)計(jì)，縮小電路板尺寸，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
(2)軟件設(shè)計(jì)。高度控制律解算板中的應(yīng)用程序是運(yùn)行在嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ下，該系統(tǒng)具有可移植、裁剪、源代碼公開、多任務(wù)和基于優(yōu)先級的搶占式任務(wù)調(diào)度等特點(diǎn)，實(shí)時性好，可靠性高。應(yīng)用程序分解為任務(wù)優(yōu)先級不同的6個任務(wù)，每個任務(wù)都是一個無限循環(huán)程序，任務(wù)間通過信號量、郵箱或者其他事件來傳遞。按任務(wù)優(yōu)先級依次遞減分別是主任務(wù)(目標(biāo)板初始化和建立其他任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級最高)、串口0接收數(shù)據(jù)任務(wù)、串口1接收數(shù)據(jù)任務(wù)、執(zhí)行定高指令任務(wù)、慢速數(shù)據(jù)采樣任務(wù)、串口0發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)。
應(yīng)用程序首先運(yùn)行主任務(wù)(見圖4)，在執(zhí)行延時20 ms等待操作時操作系統(tǒng)自動執(zhí)行較低任務(wù)優(yōu)先級的任務(wù)，在這里即為串口0接收數(shù)據(jù)任務(wù)，這個任務(wù)的功能是接收遙控／遙測分系統(tǒng)發(fā)送來的指令數(shù)據(jù)或者是調(diào)參器發(fā)送來的其他指令，當(dāng)接收到開高控指令時則設(shè)置開高控標(biāo)志位，在沒有繼續(xù)收到數(shù)據(jù)時則執(zhí)行較低任務(wù)優(yōu)先級的任務(wù)，即串口1接收數(shù)據(jù)任務(wù)，這是接收無線電高度表發(fā)送來的高度值并更新相應(yīng)的高度全局變量。執(zhí)行定高指令任務(wù)(見圖5)是由主任務(wù)通過發(fā)送開高控信號量來啟動的，當(dāng)串口0接收數(shù)據(jù)任務(wù)設(shè)置了開高控標(biāo)志位后，主任務(wù)便每間隔20 ms啟動一次執(zhí)行定高指令任務(wù)，利用上次的解算結(jié)果及當(dāng)前的垂向加速度值和高度值進(jìn)行控制律解算，得出升降翼偏轉(zhuǎn)角并換算為相應(yīng)的PWM占空比送給舵機(jī)驅(qū)動板控制舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)。慢速數(shù)據(jù)采樣任務(wù)是1 Hz的速率采集靶載蓄電池的電壓、加速度以及無線電高度表等值并更新相應(yīng)的全局變量。串口0發(fā)送任務(wù)是以5 Hz的速率向遙控遙測板發(fā)送拖靶的參數(shù)值，包括靶載蓄電池電壓、加速度值、無線電高度表值、設(shè)定高度值以及解算出的舵偏角值等。下面給出的是主任務(wù)程序框圖和執(zhí)行定高指令任務(wù)程序框圖。