基于有限狀態(tài)機(jī)的飛行器自毀系統(tǒng)時(shí)序控制設(shè)計(jì)

摘 要：飛行器自毀系統(tǒng)是飛行器的重要組成部分，它的可靠性和穩(wěn)定性是飛行器可靠工作的基礎(chǔ)。分析飛行器自毀系統(tǒng)工作原理，采用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)實(shí)現(xiàn)了飛行器自毀系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合CPLD的特點(diǎn)，提出一種基于改進(jìn)型有限狀態(tài)機(jī)的飛行器自毀系統(tǒng)時(shí)序控制的設(shè)計(jì)方法，并在CPLD中予以實(shí)現(xiàn)。仿真及實(shí)驗(yàn)表明，基于有限狀態(tài)機(jī)的飛行器自毀系統(tǒng)定時(shí)精度達(dá)到納秒級(jí)，可以有效地控制自毀信號(hào)輸出并消除毛刺現(xiàn)象，很好地滿足系統(tǒng)性能要求。該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低、可靠性高、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：飛行器；自毀系統(tǒng)；有限狀態(tài)機(jī)；時(shí)序控制

O 引 言
飛行器自毀系統(tǒng)是飛行器的重要組成部分，它具有非常重要的軍事及民用價(jià)值。飛行器自毀系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)飛行器在非正常飛行狀態(tài)時(shí)的可靠自毀。飛行器按正常狀態(tài)飛行，如果出現(xiàn)異常可以通過(guò)外部的飛行狀態(tài)參數(shù)傳感器及自毀電路控制自身自毀。隨著飛行器研制技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)飛行器自毀系統(tǒng)小型化、模塊化、通用化的要求越來(lái)越迫切，CPLD的出現(xiàn)可以滿足這一要求。由于CPLD硬件電路的特點(diǎn)，必須研究適合CPLD硬件架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，以達(dá)到系統(tǒng)在運(yùn)行速度與資源消耗上的平衡。有限狀態(tài)機(jī)及其技術(shù)是實(shí)用數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)高效率高可靠邏輯控制的重要途徑，有限狀態(tài)機(jī)是一種簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)清晰、設(shè)計(jì)靈活的方法，它易于建立、理解和維護(hù)，特別應(yīng)用在具有大量狀態(tài)轉(zhuǎn)移和復(fù)雜時(shí)序控制的系統(tǒng)中，更顯其優(yōu)勢(shì)。這里針對(duì)自毀系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出一種符合CPLD結(jié)構(gòu)、基于有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法。

l 自毀系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)采用以高性能CPLD芯片為核心的數(shù)字電路和高性能運(yùn)算放大器及飛行參數(shù)傳感器組為主要元件的模擬電路相結(jié)合的方案。系統(tǒng)主要由系統(tǒng)時(shí)鐘、CPLD控制芯片、飛行參數(shù)傳感器組、傳感器組輸出判斷與產(chǎn)生電路、自毀控制邏輯、測(cè)試模塊和電源等模塊組成。該設(shè)計(jì)使用Altera公司的EPM7064SLC44-10芯片，其內(nèi)部包含有64個(gè)宏單元，1 250個(gè)可用的系統(tǒng)門(mén)，引腳到引腳的邏輯延遲時(shí)間為5．0 ns，計(jì)數(shù)器工作頻率可達(dá)175．4 MHz。
用CPLD實(shí)現(xiàn)上述自毀條件的時(shí)序控制邏輯的核心電路及其外圍電路如圖1所示。CPLD芯片為整個(gè)系統(tǒng)的核心，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)以及整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序控制。直流電壓變換電路用于將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成EPM7064S所需的電壓，以及外圍電路所需的工作電壓。系統(tǒng)時(shí)鐘電路為計(jì)時(shí)裝置提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)及后續(xù)分頻使用的時(shí)鐘基準(zhǔn)；電平轉(zhuǎn)換電路將飛行器上輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后轉(zhuǎn)換為芯片可識(shí)別的TTL／CMOS電平標(biāo)準(zhǔn)；復(fù)位電路在系統(tǒng)上電后給控制芯片提供復(fù)位信號(hào)。

飛行參數(shù)傳感器組電路用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行器的各項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)飛行狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)則由傳感器組產(chǎn)生相應(yīng)模擬值到由高性能運(yùn)算放大器及比較器為主要元件的模擬電路。模擬電路對(duì)傳感器的輸入值進(jìn)行處理后送到CPLD時(shí)序控制模塊中。可控開(kāi)關(guān)能通過(guò)對(duì)CPLD編程實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)換，從而使被監(jiān)控的飛行參數(shù)傳感器改變，進(jìn)而改變飛行器的自毀條件。通過(guò)CPLD進(jìn)行飛行器內(nèi)部時(shí)序控制，最后輸出的自毀指令輸入到飛行控制信號(hào)模塊中，從而改變飛行器的飛行狀態(tài)，使之自毀。