航姿信號模擬器是為了給待測的儀表設備或實驗室研究提供可以人工調節(jié)和控制的信號源而設計的，可以產生各種頻率的航姿信號及用戶自己定義的任意波形等，以便對飛機性能進行測試。傳統(tǒng)的航姿信號模擬系統(tǒng)開發(fā)是基于VXI、PCI等總線基礎上，大多使用硬件電路設計與實現，通過PC機進行分析處理，功能相對來說也比較完善，但是電路的結構比較復雜，體積過于龐大，不適合在外場使用，并且傳統(tǒng)的模擬器使用范圍比較局限，就造成了在成本方面有許多的浪費，因此開發(fā)一個新型的、可編程的通用型模擬器是非常有必要的。本文設計的是一種便攜式的航姿信號模擬器，不但體積小攜帶方便，而且處理器采用的是具有高速數據計算能力的DSP?？梢詫πD變壓器輸出的軸角信號進行預處理、傳輸、顯示及存儲等。該系統(tǒng)可以廣泛用于航空、航天、雷達和火炮控制等軍用裝備，也可以用于數控機床和機器人等民用設備中，應用前景廣闊。
電源設計
DSP芯片由于采用兩種不同的電壓，內核1.8 V電壓和IO口3.3 V電壓，所以對DSP系統(tǒng)供電時一般都采取雙電源，本設計方案中采用TI公司專門為DSP配套的電源芯片TPS767($1.2375) D301來提供電源，這款芯片屬于線性DC/DC變換芯片，給TPS767($1.2375)D301提供5 V的直流電源就可以產生滿足F2812的3.3 V和1.8 V的電壓，直接給DSP提供電源，此外這個電源芯片的最大輸出電流可以達到1 A，可以同時給DSP芯片和少量的外圍電路供電。
時鐘和復位電路
DSP2812芯片的時鐘有兩種引腳連接方式，一種是利用其內部所提供的晶振電路，在其X1/XCLKIN和X2引腳之間連接一晶體來啟動內部振蕩器;另一種是直接將外部的時鐘源直接輸入X1/XCLKIN引腳上，X2引腳懸空，本設計中采用的為第一種方法，如圖3所示。
DSP2812芯片具有鎖相環(huán)時鐘模塊(PLL)，可以輸入時鐘進行倍頻，所以采用30 MHz的外接晶振，經過鎖相環(huán)倍頻后，能夠實現系統(tǒng)的150 MHz要求。由于電源模塊TPS767($1.2375)D301芯片自身能夠產生復位信號，且此復位信號可以直接供DSP芯片使用，所以本設計中沒有設置專門的復位芯片。
轉換芯片工作原理及其與DSP接口設計
12SXZ轉換芯片由以下幾部分組成：參考變壓器、象限選擇開關、正余弦乘法器、功率放大器、輸出變壓器等五部分。數字全角量和參考信號輸入經正、余弦乘法器之后，被轉換成代表角度的正余弦信號，再經功率放大器放大后，具有了1.3VA的負載能力，再經輸出變壓器隔離、升壓后，變成自整角機/旋轉變壓器形式的三線、四線模擬信號輸出。
其中等式左邊為輸出電壓，θ為輸入數字角，K為比例系數，URH-RL是參考電壓。轉換器的工作原理框圖如圖4所示。
模擬器的核心是DSP 2812，通過軟件控制能產生所需要的航姿信號，并且系統(tǒng)帶有自檢功能，在系統(tǒng)設計中，DSP控制I/O口直接對12SXZ進行操作，產生模擬信號。上面我們知道DSP有兩種電壓，I/O口的電壓為3.3 V，我們所用到的轉換芯片為TTL電平5 V電壓，考慮到DSP產生信號的驅動能力，首先需要電平轉換，把DSP端口輸出的3.3 V電平轉變?yōu)? V。采用的電平轉換芯片為SN74ALVC164245($0.8750)，此芯片是16路雙向的電平轉換芯片，由引腳DIR控制其轉換方向。轉換芯片 SXZ為12位數度的轉換器，用DSP的數據口D0～D11與電平轉換芯片中的12路相連，轉換后的12位電平再與SXZ的12位數字量輸入端相連，DSP與12SXZ轉換器接口電路如圖5所示。
可靠性差等缺點。通過軟件編程能夠實現航向姿態(tài)信號，通過對本模擬器的開發(fā)、調試到應用，使得模擬器具有低功耗低、體積小等優(yōu)點，便于現場調試，可以在多種環(huán)境下使用，能夠在排除飛機故障及維護飛機安全及提高飛行質量等方面會有重大改善。
設計選用的核心控制芯片是TMS320F2812($18.5250)，但是必須提供基本的外圍電路才能發(fā)揮核心控制電路的作用。一個典型的DSP最小系統(tǒng)應該包括 DSP芯片、還有為DSP芯片提供合適電源的電源電路、觸發(fā)DSP初始化的復位電路、時鐘電路及用于在線仿真和下載的JTAG接口電路。另外由于考慮到需 要跟上位機進行通信，完成數據和控制信號的傳送，在此基礎上添加了串口通信電路。DSP的基本系統(tǒng)框圖如圖2所示，外擴RAM是用來放置大量的信號數據， 而外擴FLASH($44.9500)是用來存放控制程序。
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