飞行控制组件性能测试系统方案设计

1、密别 标记 飞行控制组件性能测试系统方案设计页共 北 京 航 空 航 天 大 学年11月 飞行控制组件性能测试系统方案设计 编 写 校 对 审 核 标 检 批 准 会 签： 目 次1 任务来源12 技术要求12.1 系统硬件技术要求12.2 系统软件技术要求32.2.1 测试总控计算机软件32.2.2 遥测计算机软件42.2.3 产品放置台技术要求43 设计内容43.1 概述43.2 系统组成与工作原理53.2.1 系统组成53.2.2 工作原理63.3 系统硬件总体设计73.3.1 总体设计概述73.3.2 总控计算机系统CTS73.3.3 遥测计算机系统BTS93.3.4 信号调理单元SC

2、U93.3.5 电源单元PDU103.3.6 测试适配台113.3.7 测试设备硬件总体连接关系113.4 外形总体布局设计113.5 总控计算机系统设计153.5.1 嵌入式控制器163.5.1.1 选型特点163.5.1.2 选型设计163.5.2 PXI机箱163.5.3 ARINC429总线接口卡173.5.3.1 技术指标要求173.5.3.2 选型设计173.5.4 1553B总线接口卡183.5.4.1 技术指标183.5.4.2 选型设计193.5.4.3 总线概述203.5.5 一次性指令卡设计203.5.5.1 技术要求203.5.5.2 设计原理203.5.5.3 芯片选

3、型223.5.5.4 输出接口设计233.5.6 导引头通信429总线接口卡243.5.6.1 技术指标要求243.5.6.2 设计选型253.5.7 双口Ram读写卡253.5.7.1 技术指标要求253.5.7.2 选型设计253.5.8 惯导模拟卡283.5.8.1 技术指标要求283.5.8.2 设计选型283.5.9 AD/DA卡333.5.9.1 技术指标要求333.5.9.2 选型设计333.5.10 RS422接口卡343.5.10.1 技术指标要求343.5.10.2 选型设计343.5.10.3 输出接口定义363.5.11 ARINC429软件加载接口363.5.11.1

4、 技术指标要求363.5.11.2 选型设计363.5.12 1553B软件加载接口卡363.5.12.1 技术指标要求363.5.12.2 选型设计363.5.13 软件校验接口卡363.5.13.1 技术指标要求363.5.13.2 选型设计373.5.14 电源控制卡373.5.14.1 技术指标要求373.5.14.2 选型设计373.6 遥测计算机系统设计373.6.1 嵌入式控制器373.6.2 PXI机箱383.6.3 模拟遥测采集卡383.6.3.1 技术指标要求383.6.3.2 选型设计383.6.4 数字遥测信息接收卡393.6.4.1 技术指标要求393.6.4.2 选

5、型设计393.6.4.3 芯片选型403.6.4.4 工作原理413.6.4.5 自检423.6.4.6 输出接口设计423.7 电源单元PDU设计433.7.1 概述433.7.1.1 技术指标要求433.7.1.2 设计选型433.7.2 直流电源模块443.7.3 交流供电模块453.8 信号调理与接口单元SCU设计453.8.1 概述453.8.2 AD/DA调理463.8.2.1 隔离运放473.8.2.2 三极管驱动电路（Q1Q8）473.8.2.3 运算放大器调理电路473.8.2.4 电源模块483.8.2.5 接口设计483.8.3 模拟遥测调理483.8.3.1 设计原理4

6、93.8.3.2 模拟遥测调理板接口电路493.8.3.3 调理板I电源设计493.8.3.4 调理板I芯片选型503.8.4 电源控制调理503.8.5 信号分配部分513.8.5.1 ARINC429+422接口航插接口定义523.8.5.2 导引头通信接口航插接口定义533.8.5.3 惯性元件接口航插接口定义543.8.5.4 一次性指令接口航插接口定义543.8.5.5 AD/DA接口定义553.8.5.6 产品电源接口定义553.8.5.7 模拟遥测采集接口定义553.8.5.8 数字遥测信息接收接口定义563.8.6 信号隔离驱动573.8.7 接插件电缆选型583.8.7.1

7、接插件583.8.7.2 测试电缆583.9 测试设备软件设计593.9.1 软件总体设计593.9.2 操作系统选型603.9.2.1 Windows操作系统613.9.2.2 RTX扩展模块613.9.2.3 Windows与RTX的交互623.9.3 软件基本操作流程633.9.4 主要子模块程序流程643.9.4.1 系统自检模块643.9.4.2 系统运行环境配置模块643.9.4.3 表格输出模块653.9.4.4 数据库管理模块663.9.5 板卡驱动程序设计663.10 测试设备自检设计684 可靠性、安全性、适应性等设计694.1 测试系统可靠性设计694.1.1 可靠性设计

8、原则694.1.2 可靠性保证措施704.2 系统测试实时性的满足704.3 电磁兼容性和可靠性、安全性设计714.4 测试程序的开发与研制71 1 任务来源 根据与空空导弹研究院签订的合同，飞行控制组件性能测试系统测试设备用于对飞行控制组件的性能测试，把飞控组件放置于接近实际情况的环境中进行半实物仿真，在实时状态下对飞控组件进行研究、测试和验证，检测飞控电子组件功能的正确性、硬件和软件运行的正确性，研究和优化飞控算法、预估飞行试验结果，进行试验结果分析等。2 技术要求2.1 系统硬件技术要求a) 测试总控计算机：14槽PXI计算机，Windows+RTX操作系统；b) 载机电气接口1) AR

9、INC429卡：PXI总线接口板，符合ARINC-429通信协议，独立的两发、两收接口，通信频率软件可调；2) 1553接口板：单总线，单功能，双冗余，可实现BC、RT、BM功能；3) 一次性指令接口卡： PXI总线接口板； 8路27V、20mA数字量输出； 8路5V、15mA数字量输出； 4路集电极开路5V数字量输出，驱动电流大于20mA； 8路27V、20mA数字量光隔输入； 12路5V、15mA数字量光隔输入； 每路信号传输距离均不小于5m； 具有自检功能。c) 导引头通信接口1) 采用ARINC429总线，通讯速率12.5kbps100kbps，双向：2) 具有对8位数据和8位地址的双

10、口存储器读写能力，读写时序按CyPress公司1K*8的CY7C131-15芯片要求设计，设备对双口RAM读写一个字节的时间应不大于200ns；3) 具有自检功能。d) 惯性元件模拟卡：1) 模拟惯性测量分组件发送加速度和角速度脉冲信号，正负向各三个通道，共计12个通道；2) 加速度计按正脉冲，角速度按负脉冲输出，脉冲宽度为0.5us；3) 驱动脉冲电流大于10mA；4) 角速度脉冲信号的帧频软件可调，分别未1.25ms、2.5ms、4ms、5ms；5) 加速度脉冲信号的频率可以为8KHZ、16KHZ、32KHZ三种，软件可调；6) 能产生陀螺准备信号，TTL电平、高电平有效；产生时间小于2.

11、5s；7) 能产生计数同步信号CSAS，方波信号，频率1KHZ，电平TTL；8) 提供256个字节的温度和修正参数读取的存储区，并且保证输出数据信号的驱动能力，数据位和地址位都是8位；访问地址软件可设置；9) 具有自检功能。e) 舵机控制接口1) 具有4路模拟输入，4路模拟输出；数据分辨率16位；采样频率每通道不小于10khz；输入输出电压范围-10+10V；2) 标准RS-422总线接口，独立的两路发送和接收功能，发送、接收方式是全双工方式；波特率02M软件可调。f) 飞控软件加载接口1) 满足HB6096（ARINC-429）标准，通讯速率软件可调；2) 1553B的信号特性满足GJB28

12、9A标准的规定，通讯速率软件可调；3) 软件校验接口：PXI总线接口板，数据格式包含地址字节、数据低字节和数据高字节，字节含义由伴随信号C1、C2确定；4) 具有自检功能；5) 传输距离不小于5m。g) 遥测计算机：8槽PXI计算机，Windows+RTX系统；h) 模拟遥测采集卡1) 32路模拟输入，通道零位小于15mv；2) 数据分辨率：16位；3) 采样频率：每通道不小于10khz；4) 输入阻抗：10M；5) 通道间绝缘电阻：20M；6) 具有自检功能。i) 数字遥测信息接收卡1) 传输速率500kb/s；接收能兼容1MB/s；2) 数据格式为3字节，即地址字节、数据低字节和数据高字节

13、；3) 接收由外部伴随信号C1、C2决定数据和地址；4) 具有自检功能。j) 电源及其控制系统1) 一路+27V线性电源，每路10A，瞬态大于15A，纹波峰峰值小于100mV；电压精度和稳定度小于1%；2) 每路电源具有过压、欠压、过流保护功能；3) 能程序控制通电和断电；4) 总控计算机可随时读取电压、电流值。k) 以太网卡：2块，传输速率100MB/S，传输距离大于50m；l) 产品测试电缆：3m。2.2 系统软件技术要求2.2.1 测试总控计算机软件a) 控制管理程序1) 实现整个系统工作逻辑、时序、工作模式的控制；2) 完成实验条件设置、实验流程的调度、实验状态的监控等功能；3) 控制

14、调度各种外部模型；4) 自动进行设备的自检和校准；5) 提供各板卡的单步输入输出操作功能。b) 飞控软件加载控制程序1) 通过软件加载接口，实现飞控软件的弹外加载、软件回读、对比校验、版本显示等功能；2) 可程序控制最长软件加载时间，并能够实现超时自动断电控制。c) 外部模型计算机程序：在控制管理程序的调度下，实时解算外部模型；d) 总控计算机动态显示程序主要以两维曲线或仪表方式，实现显示关键数据和系统运行状态监控信息，事后以三维动画或两维曲线等各种方式，复现仿真测试过程。e) 试验数据处理软件1) 建立并管理测试状态数据库，对每次测试的原始参数进行记录和管理；2) 建立并管理测试结果数据库，

15、对每次测试结果进行分类管理；3) 采用统计分析方法对实验结果进行分析评估。f) 总控计算机板卡自检软件完成总控计算机内插板卡的自检测试，包括载机电气接口、惯性元件模拟卡、导引头通信接口、舵机控制接口、飞控软件加载接口等。2.2.2 遥测计算机软件a) 遥测信息采集程序1) 接收总控计算机的控制指令；2) 实时接收和保存产品的模拟和数字遥测信息；3) 能够对一些必要的信息进行解码，发给总控计算机；4) 以曲线方式显示部分实验参数。b) 实验过程动态显示程序以三维动画方式，实时显示关键数据。c) 遥测计算机板卡自检程序完成模拟遥测采集卡、数字遥测信息接收卡的自动测试控制。2.2.3 产品放置台技术

16、要求a) 台面材质：花岗岩（黑色）；b) 台面尺寸：900mm*750mm（长*宽），具体结构尺寸如所示：c) 平面度：优于0.03mm/m；d) 含支架，安装后主台面离地面高度800mm。3 设计内容3.1 概述飞行控制组件性能测试系统用于对飞行控制组件的性能测试，把飞控组件放置于接近实际情况的环境中进行半实物仿真，在实时状态下对飞控组件进行研究、测试和验证，检测飞控电子组件功能的正确性、硬件和软件运行的正确性，研究和优化飞控算法、预估飞行试验结果，进行试验结果分析等。3.2 系统组成与工作原理3.2.1 系统组成飞控组件性能测试系统硬件系统由测试总控计算机、遥测计算机、载机电气接口、导引头

17、通信接口、惯性元件模拟卡、舵机控制接口、飞控软件加载接口、模拟遥测采集卡、数字遥测信息接收卡、电源及其控制系统等组成，如图 1：图 1 飞控组件性能测试系统硬件功能组成飞控组件性能测试系统软件系统由测试总控计算机软件、遥测计算机软件组成，具体软件内容如图 2：图 2 飞控组件性能测试系统软件系统配置组成图3.2.2 工作原理硬件系统各部分功能如下：a)测试总控计算机：管理整个测试流程，控制各分系统的工作时序，运行总控程序、飞控实物外的仿真程序，实时显示测试过程曲线或动画，建立试验结果数据库，对试验结果进行分析、评定；b)遥测计算机：实时采集、存储飞控产品输出的各种信息，对部分数据进行实时处理、

18、显示；c)载机电气接口：模拟载机的电气接口（ARINC429、1553B、一次性指令接口），实现简单的火控算法，模拟载机对飞控发送飞行任务，模拟载机输出各种开关量等；采集飞控工作插头输出的开关量信息；d)惯性元件模拟卡：根据总控计算机外部模型程序计算结果实时模拟惯性元件的输出，把6路加速度和6路角速度信息注入飞控，为飞控算法提供动态的惯导信息；e)导引头通信接口：模拟导引头的电气接口，给飞控系统发送导引信息，并接收飞控系统输出的信息；f)舵机控制接口：接收飞控发出的四路模拟量舵控信号和通过422总线传输的舵控信号；g)飞控软件加载接口：实现飞控软件弹外加载和校验接口；h)模拟遥测采集卡：对飞控

19、输出的模拟遥测信息进行采集；i)数字遥测信息接收卡：接收飞控输出的数字遥测信息；j)电源及其控制系统：在测试过程中给产品供电，并对试验系统的供电电压、供电电流进行实时监控。该控制单元具备应急处理功能，出现异常情况时及时切断电源，保护参试产品；3.3 系统硬件总体设计3.3.1 总体设计概述针对招标文件中提出的技术要求，飞行控制组件性能测试系统的总体硬件主要包括：总控计算机系统CTS、遥测计算机系统BTS、电源单元PDU、信号调理单元SCU和测试适配台TAT五大部分组成。测试设备通过其上的硬件系统分别实现：载机电气接口、导引头通信接口、惯性元件模拟、舵机控制接口、飞控软件加载接口、模拟遥测采集、

20、数字遥测接收以及电源控制等核心功能模块或单元。对于招标技术文件中所提及的某个具体的接口或功能模块，其是由实际的PXI接口测控板卡与信号调理单元中对应的模块共同构建，完成所需技术指标与功能。图 3 测试系统总体结构原理图3.3.2 总控计算机系统CTS基于PXI总线的总控计算机系统 其由如下部分构成：a) PXI机箱： 凌华公司14槽PXI机箱PXI-2670；b) 嵌入式控制器：NI公司的PXI-3800；c) 19”液晶显示器：三星公司SyncMaster 940N；d) 键盘/鼠标：双飞燕e) PXI总线接口测控板卡 总控计算机系统的核心，主要包括以下组成部分：1) ARINC429总线接

21、口卡：PXI-429A；2) 1553B总线接口卡：PXI-1553B；3) 一次性指令接口卡：PXI-IO；4) ARINC429总线接口卡：PXI-429B；5) 双口RAM读写卡：PXI-RAM；6) 惯导模拟卡：PXI-PU；7) AD/DA卡：PXI-2501；8) RS422总线接口卡：PXI-422；9) ARINC429软件加载接口（复用PXI-429A通道）；10) 1553B软件加载接口卡：PXI-1553B；11) 软件校验接口卡：PXI-CHE；12) 电源控制卡：CPCI-9112。上述为基于PXI总线的总控计算机系统硬件的具体构成，对应到技术指标要求中的单元或功能模

22、块，主要由上述PXI总线接口测控板卡为核心进行构建，其PXI接口部分的设计方案如下：f) 载机电气接口：由PXI接口ARINC429总线接口卡（PXI-429A）、1553B总线接口卡（PXI-1553B）、一次性指令接口卡（PXI-IO）为核心组建。g) 导引头通信接口：由PXI接口ARINC429总线接口卡（PXI-429B）、双口RAM读写卡（PXI-RAM）为核心组建。h) 惯性元件模拟卡：由PXI接口惯导模拟卡（PXI-PU）为核心组建。i) 舵机控制接口：由PXI接口AD/DA卡（PXI-2501）、RS422总线接口卡（PXI-422A）为核心构建。飞行软件加载接口：由PXI接口

23、ARINC429软件加载接口（复用PXI-429A通道）、1553B软件加载接口卡（PXI-1553B）、软件校验接口卡（PXI-CHE）为核心构建。PXI总控计算机系统详细的总体构建结构如图 4所示：图 4 PXI总控计算机系统结构图3.3.3 遥测计算机系统BTS基于PXI总线的遥测计算机系统 其由如下部分构成：a) PXI机箱： NI公司8槽PXI机箱PXI-2630b) 嵌入式控制器：NI公司的PXI-3800c) 19”液晶显示器：三星公司SyncMaster 940Nd) 键盘/鼠标：双飞燕e) PXI总线接口测控板卡 遥测计算机系统的核心，主要包括以下组成部分：1) 模拟遥测采集

24、卡：PXI-2205；2) 数字遥测信息接收卡：PXI-BMK。PXI遥测计算机系统详细的总体构建结构如图 5所示。图 5 PXI遥测计算机系统结构图3.3.4 信号调理单元SCU信号调理与接口单元SCU主要功能如下：a) 实现PXI测试计算机系统中各个测控板卡与被测产品DUT互连时，数字量信号和总线信号的合理分配，以航空插座（编号：CAS1、CAS2、CAS3、CAS4、CAS5、CAS6、CAS7、CAS8）的形式在机柜背面汇总，便于用户自定义测试电缆；b) AD/DA调理SCB1 对舵机控制接口中的AD/DA输入/输出模拟量（1010V）进行隔离、驱动调理；c) 模拟遥测调理SCB2 对

25、模拟遥测卡所要采集的模拟量进行必要的变换、隔离，以形成标准范围内（典型值：010V）的模拟量，进入模拟遥测采集卡（PXI-2205）；d) 电源控制调理SCB3 对电源单元PDU给产品的1路电压量和相应供电电流进行必要的变换，以形成标准范围内（典型值：010V）的模拟量，进入电源控制卡。信号调理单元SCU具体构建如图 6所示。图 6 信号调理单元结构图3.3.5 电源单元PDU电源单元PDU由两部分组成：a) 直流电源模块产品电源模块 PDU-A：27V 10A辅助电源模块 PDU-B：5V 1A、一路5V 1A和一路18V 0.5Ab) 交流供电模块 PDU-C：为整个测试设备提供交流电源，

26、并对设备的交流供电提供起动、停止、急停等必要的控制功能，以及必要的保护功能。3.3.6 测试适配台测试适配台TAT是系统设备正常工作的重要保证，满足技术指标要求的材质和台面尺寸。3.3.7 测试设备硬件总体连接关系飞行控制组件性能测试系统的总体硬件具体连接关系如图 7所示，其涵盖了设备的所有相关硬件。图 7 飞行控制组件性能测试系统总体硬件连接关系图3.4 外形总体布局设计根据系统的设计要求，将整个测试设备的硬件系统安装到一台标准双联机柜中，测试设备的安装布局如下图所示。其中一个机柜用于安装PXI总控计算机系统硬件，另一机柜用于安装PXI遥测计算机系统硬件。其中的PXI总控计算机机柜部分除了安

27、装常规的19”液晶显示器和键盘/鼠标之外，面板上还配有急停、起动/停止按钮，以及27V供电电压指示灯。另一PXI遥测计算机机柜部分配有19”液晶显示器和键盘/鼠标，同时为了便于扩展和操作，其面板上亦配有USB接口和急停、起动/停止按钮图 8 机柜正视图图 9 机柜侧视图图 10 机柜背视图根据实际测试的要求，测试台内所有与外部的输入/输出接口信号都汇总到8个测试电缆航插接口：CAS1、CAS2、CAS3、CAS4、CAS5、CAS6、CAS7、CAS8。用户可以方便地通过这8个接口，由用户自定义测试电缆和被测产品进行最终的互连，具体的布局形式如图 11所示：图 11 测试设备与被测产品总体布局

28、形式测试电缆航插接口的航空插座（包括插头）拟选用158厂XCF系列的航空接插件。面板指示灯、按钮、急停开关等选用瑞士EAO的04系列产品。该系列的特点如下：a) 耐压：500VACb) 过电流：10Ac) 安装方便、可靠d) 抗振动和冲击e) 附件、配件丰富图 12 EAO开关/指示灯实物图3.5 总控计算机系统设计PXI总线是NI公司于1997年推出的一种全新的开放性、模块化仪器总线规范，是21世纪的主流测试总线。基于PXI总线规范构建的系统将PC机的性价比优势和PCI总线面向仪器领域的扩展结合起来，成为一种新型的虚拟仪器系统。因此，总控计算机系统以PXI总线为核心进行构建。3.5.1 嵌入

29、式控制器3.5.1.1 选型特点a) 2.0GHz Intel Core Duo T2500双核处理器；b) 1G内存；c) 120G硬盘。3.5.1.2 选型设计嵌入式控制器选用凌华公司的PXI-3800嵌入式控制器，其采用2.0G Hz PM处理器，与3.0G Hz P4处理器性能相当。PXI-3800板载1G内存，120G硬盘。10/100/1000M自适应网卡，4个USB口，一个串口、一个并口。图 13 PXI-3800嵌入式控制器3.5.2 PXI机箱选用凌华公司公司的14槽PXI机箱PXI-2670，其主要性能指标如下：a) PXI插槽： 14个；b) 最大功率：400W；c) 工

30、作温度范围：050。图 14 14槽PXI机箱PXI-26703.5.3 ARINC429总线接口卡3.5.3.1 技术指标要求a) PXI总线接口；b) 符合ARINC-429通信协议；c) 独立的两发、两收接口；d) 通信频率软件可调。3.5.3.2 选型设计选用自行设计开发的PXI-429A，其主要由：PXI接口部分；FPGA时序控制部分；DSP数据通信部分；429协议芯片部分；429驱动接口部分；模块电源部分；与产品通信接口等7部分组成，具体的性能指标如下：a) 符合ARINC429 总线通讯标准；b) 33M 32bit CompactPCI接口；c) PCI-9054芯片实现CPC

31、I总线接口；d) 集成ARINC429 两路接收通道和两路发送通道；e) ARINC429数据传输速率软件可选为100Kbps、50Kbps、48Kbps 和12.5Kbps；f) 使用DEI1016作为ARINC429控制器和BD429作为ARINC429总线驱动器；g) 内嵌TMS320LF2407 DSP处理器处理ARINC429数据通信；h) 内嵌4K 字节高速双口存储器，主要用于数据交换和429板卡的资源分配；i) 可以实现单字发送，循环定时发送和外部同步发送该429接口卡符合PXI接口规范，由高性能FPGA配合DSP进行ARINC 429数据的发送和接收。其中，DSP数据通信部分主

32、要对双口RAM进行读写，完成数据的发送和接收，处理来自DEI1016的中断；429协议芯片（DEI1016）部分完成将并行数据转化为TTL电平的双极性串行数据进行发送，对接收到的429标准的串行数据转化为16并行数据；429驱动接口部分采用BD429，将DEI1016发送的TTL电平的数据转化为429电平，发送至429总线上；模块电源部分提供15V电源。根据ARINC-429协议，一个ARINC-429字由32bits数据组成。每个收发通道都有512个ARINC-429字缓冲区（1024 bits）。用户可以下述两种方式进行发送：a) 单帧数据发送 一帧的ARINC-429字的数据内容和个数（

33、1512）由用户指定，ARINC-429字之间的数据时间间隔（65.536ms360s/例如100k通信速率下）也可以由用户指定。则板卡将一帧数据自动发送完；b) 自动循环发送 自动循环发送ARINC-429字的个数（1512）和内容，以及帧时间间隔由用户自由指定。板卡自动循环发送，直到用户终止；c) 可以根据K2同步信号触发，同步发送数据。图 15 ARINC 429接口卡实物简图ARINC 429接口卡的对外接口采用D型25针插头，其接口定义如表 1所示。针脚号输入/输出功能说明1输入接收通道1，B端2输入接收通道2，A端3输出发送通道1，B端4输出发送通道2，B端5输入外部同步发送信号，

34、未隔离6输入外部同步信号，在板上进行隔离处理，使用时需提供参考电压14输入接收通道1，A端15输入接收通道2，B端16输出发送通道1，A端17输出发送通道2，A端18输入外部同步信号参考电源。当外部同步信号需要进行隔离处理时，需接入外部同步信号的参考电源（如外部同步信号以5V为高电平，则该端子需接入与同步信号共地的5V电压）表 1 ARINC429板卡接口定义表3.5.4 1553B总线接口卡3.5.4.1 技术指标a) 单总线；b) 单功能；c) 双冗余；d) 可实现BC、RT、BM功能。3.5.4.2 选型设计本板卡选用自主开发的1553B总线接口卡PXI-1553B。该板卡的原理结构如图

35、 16所示。图 16 PXI-1553B原理结构图本板卡的主要特性和功能如下：a) 满足GJB289A-97 飞机内部时分制指令/响应型多路传输数据总线要求；b) 33MHz 32 位CPCI 总线；c) 双通道1553B 总线通信接口；d) 软件编程选择BC、RT 或MT 工作模式；e) RT 地址软件编程选择；f) 总线传输速率1Mbps；g) RT 状态字响应时间不大于12s；h) 支持总线直接耦合或传输耦合；i) DSP局部处理1553B 信息；j) 内嵌4K 字节高速双口存储器，主要用于数据交换和1553B板卡的资源分配；k) 支持cPCI 总线的中断操作；l) C 语言演示程序和W

36、INDOWS 动态链接库；m) 供电：5 V10%，430mA(max500mA)。3.5.4.3 总线概述测试系统的1553B总线结构如图 17所示：图 17 1553B双余度总线结构图从图中可以看出，选型的1553B板卡为双总线结构，两条总线为冗余关系。耦合器为变压器耦合，总线的两端需要接端接器将总线闭合。总线上的可以接被产品，也可以通过预留的测试端口接其它设备或产品。3.5.5 一次性指令卡设计3.5.5.1 技术要求自主设计开发的一次性指令卡主要实现如下技术要求：a) PXI总线接口板；b) 8路27V、20mA数字量输出；c) 8路5V、15mA数字量输出；d) 4路集电极开路5V数

37、字量输出，驱动电流大于20mA；e) 8路27V、20mA数字量光隔输入；f) 8路5V、15mA数字量光隔输入；g) 每路信号传输距离均不小于5m；h) 具有自检功能。3.5.5.2 设计原理本板卡基于PXI总线接口进行设计。根据产品测控时的具体需求，将隔离驱动所需的继电器和光耦等都集成到一起，形成一块功能完备的功能板卡。一次性指令卡原理框图如图 18 所示，一次性指令卡实物照片如图 19 所示。图 18 一次性指令卡原理框图图 19 一次性指令卡实物照片PCI-9054为接口芯片，其通过Local端CB（控制总线）、地址总线和DB数据总线与FPGA相连。FPGA通过特定的IO端口，发出Cm

38、dOut（一次性指令输出）和接收CmdIn（一次性指令输入）。输出电路中的电平变换驱动电路用于把FPGA的LVTTL电平转为标准的TTL电平，同时加强数据的驱动能力，用以通过ULN2803驱动输出继电器。产品的输入信号通过光耦后得到TTL电平信号，而后变换为LVTTL电平输入到FPGA进行处理。板卡输入至少占用21路信号（20路产品输入信号+1个地），输出40路信号（继电器和集电极开路输出），总共61路信号。因此板卡对外的接口选择SCSI-100芯AMP接插件，其接口分配说明如下：a) ID0ID19： 20路光耦输入； b) GND0GND19：各组IO口的地，便于连接；c) OD0OD39

39、： 16路继电器输出和4路集电极开路输出；d) STANDBY0STANDBY7：备用端口。3.5.5.3 芯片选型a）FPGA采用ALTERA公司Cyclone系列的EP1C12Q240C8，主要考虑因素为其配有足够的I/O端口。根据要求，一次性指令功能输入输出需要40路I/O端口，与SRAM进行数据/地址/控制总线的连接需要40路IO端口，与接口芯片PCI-9054进行数据地址控制总线的连接需要46路IO端口，共86路I/O端口。为便于调试、自检和扩展等需要，还需预留若干I/O端口。所以采用I/O端口比较丰富（173个）的EP1C12Q240C8非常合理，也不会造成端口资源的浪费。b）输入

40、输出隔离输出继电器选用欧姆龙公司的G5V-1机械触点式驱动继电器，此继电器体积小，贴片封装，单个芯片长12.5mm，宽7.5mm，高10mm，有效节约了板卡的设计面积，质地为银镀铜，最大电流1A，最大电压125VAC和60VDC，最大功率62.5VA，最小负载5VDC，完全符合技术要求。20路光耦输入芯片选用HCPL-2430，其单片上有两个光耦单元，HCPL-2430主要技术指标如下：1) 高速 典型传输频率40M Hz ；2) 兼容TTL、LSTTL输入电平；3) 导通电流 4mA8mA。选取HCPL2430的典型导通电流为5mA，因此当数字量输入电压为27V和5V时分别需要匹配限流电阻R

41、15.4K和R21.0K。c）电平变换驱动电路拟采用SN74LVC164245型电平转换芯片，具有16路双向的3.3V和5.0V相互转化的功能。输出电流为24mA，符合技术要求。同时可以起到增强驱动能力的作用。3.5.5.4 输出接口设计本板卡选用SCSI 100pin插头，具体针脚定义如表 2所示：针脚号标识针脚号标识说明127VCC227VGND转接3O194O18O0O19表示20路输出，其中O0A/BO15A/B为继电器输出，例如O15A与O15B为继电器的输出，上位机控制其通断。后四路O16O19为74LS06 输出。5O176O167GND8GND9O15A10O14A11O13A

42、12O12A13GND14GND15O15B16O14B17O13B18O12B19GND20GND21GND22GND23O11A24O10A25O9A26O8A27O11B28O10B29O9B30O8B31O7A32O6A33O5A34O4A35GND365VCC输出PXI机箱5V电源37GND385VCC39O7B40O6B同上41O5B42O4B43O3A44O2A45O1A46O0A47O3B48O2B49O1B50O0B51K2（I11）52GND429同步信号,光耦后接出。I11为Ke的输入端53GI1654GI18I16I19的27V伴随信号55GI1956GI17续表2：一

43、次性指令卡输出接口定义针脚号标识针脚号标识说明57I1658I1827V一次性指令输入，四路59I1960I1761GI1462GI15I12I15的27V伴随信号63GI1264GI1365I1466I1527V一次性指令输入，四路67I1268I1369GND70GND71GI1072GI11I8I11的5V伴随信号73GI874GI975I1076I115V一次性指令输入，四路。I11为K2的输入77I878I979GI680GI7I4I7的5V伴随信号81GI482GI583GND84GND85I686I75V一次性指令输入，四路。（黄永飞那4、5颠倒）87I488I589GND90G

44、ND91GI292GI3I0I3的5V伴随信号93GI094GI195GND96GND97I298I35V一次性指令输入，四路。99I0100I1表 2 一次性指令卡输出接口定义3.5.6 导引头通信429总线接口卡3.5.6.1 技术指标要求a) PXI总线接口；b) 符合ARINC-429通信协议；c) 独立的两发、两收接口；d) 通信频率软件可调。3.5.6.2 设计选型选用自行设计开发的PXI-429B，其相关技术指标与PXI-429A相同，详细介绍请参阅3.5.3小结。3.5.7 双口Ram读写卡3.5.7.1 技术指标要求a) 具有8位数据和8位地址的双口存储器读写能力；b) 读写

45、时序按CyPress公司1K*8的CY7C131-15芯片要求设计；c) 设备对双口RAM读写一个字节的时间应不大于200ns。3.5.7.2 选型设计双口RAM读写卡选用自主开发的PXI总线接口卡PXI-RAM。该板卡由五部分构成：PXI总线连接器、PXI总线接口芯片、FPGA、辅助电路和输入/输出连接器。双口RAM读写卡用于模拟导引头与飞控组件的对接状态，通过与飞控上的双口RAM通讯，交换导引头模型对飞控系统发送的信息以及飞控系统输出的信息，通讯对象双口RAM为CY7C131，其接口时序逻辑如图 20 所示：图 20 导引头双口RAM接口时序逻辑简图双口RAM读写卡所提供的接口信号不仅需要

46、在允许的范围内配合双口RAM的读写时序，更重要的还在于严格模拟导引头与双口RAM的通讯行为，同时对隔离以及驱动电路提出了双向数据通讯的要求。导引头对双口RAM读写一个字节的时间不大于200ns（5MB/s），也不小于100ns（10MB/s）,其中低速限制是为了满足导引头实时快速与双口RAM通讯，高速限制是考虑了双口RAM的速率极限以及驱动隔离器件的延时。板卡使用的桥接芯片9054 LOCAL侧读写速率可高达132MB/s,因此可以很容易满足低速限制，针对高速限制的要求以及9054的特点，可以在LOCAL侧访问中插入等待周期来解决高速限制的问题，实现高速上位机与低速外设的配合。实现双向通讯的隔

47、离与驱动电路，可以采用下图的形式。一个数据通道需要占用隔离器件ADuM1402不同方向的两个通道，写访问时控制通道1有效，同时驱动芯片74AC245传输方向设置为输出；读访问则采用通道3，驱动芯片方向改为输入。图 21 双向驱动与隔离电路在板卡上附加了产品使用的CY7C131作为双口RAM读写卡的自检测试对象。PXI总线测试卡由五部分组成（如图 22所示）：a) PXI总线连接器（插头）符合EuroCard接口标准，通过其板卡与机箱中无源底板上的PXI总线插座连接；b) PXI总线接口芯片 围绕PLX 9054实现板卡局部总线（Local Bus）与上位机PXI总线的接口，进行数据/指令的传输

48、；c) FPGA 以FPGA为核心完成板卡的PXI总线接口时序逻辑控制，并实现板卡的专用功能；d) 辅助电路 包括驱动、隔离等电路；e) 输入/输出连接器 通过插头与外部信号连接。图 22 PXI总线接口多功能卡组成原理图其中，PXI总线接口部分自主开发的板卡基本相同。为了提高可靠性、稳定性和缩短开发周期，所有自主开发的板卡均采用PLX公司专用PCI总线接口芯片PCI-9054实现与主机PXI总线的接口，即围绕PLX PCI-9054芯片，再配合相关时序、逻辑控制电路来实现PXI总线接口功能。板卡通过PXI总线连接器与主机的PXI总线插座相接，实现物理连接；继而可以通过PXI总线接口芯片PLX

49、 PCI-9054实现和主机PXI总线的交互通信；然后可利用FPGAP实现板卡时序配合、逻辑控制及其它专用功能。双口RAM读写卡采用D型插座，其接口定义如表 3 所示。双口RAM板卡接口定义SCSI 50pin的带针插头产品接口1A02A13A24A35A46A57A68A711（按照要求可不接）BUSY14D015D116D217D318D419D520D621D723R/W24OE25CE49GND（产品提供）50+5V（产品提供）表 3 双口RAM板卡接口定义3.5.8 惯导模拟卡3.5.8.1 技术指标要求a) 模拟惯性测量分组件发送加速度和角速度脉冲信号，正负向各三个通道，共计12个

50、通道；b) 加速度计按正脉冲，角速度按负脉冲输出，脉冲宽度为0.5us；c) 脉冲驱动电流大于10mA；d) 角速度脉冲信号的帧频软件可调，分别为1.25ms、2.5ms、4ms、5ms；e) 加速度脉冲信号的频率可以为8kHz、16 kHz、32 kHz三种，软件可调；f) 能产生陀螺准备好信号，TTL电平、高电平有效，产生时间小于2.5s；g) 能产生计数同步信号CSAS，方波信号，频率1 kHz，电平TTL；h) 提供256个字节的温度和修正参数读取的存储区，并且保证输出数据信号的驱动能力，数据位和地址位都是8位；访问地址软件可设置；i) 具有自检功能。3.5.8.2 设计选型3.5.8

51、.2.1 概述选用自行设计开发的PXI总线接口惯导模拟器卡PXI-PU，其原理框图如图 23 所示：图 23 惯导模拟器卡原理框图该板主要由五个组成部分：PXI总线连接器 PXI总线接口 FPGA 辅助电路 输入/输出连接器。多功能通信卡设计符合PICMG CPCI2.16规范，采用3U欧洲卡（Eurocard）规范板形：100mm160mm，厚度1.6mm。其中：为安普公司（AMP）标准的高密度2 mm HM（阻抗匹配）插头。采用安普公司100芯SCSI插头。板卡上总线驱动采用芯片74ALVC164245实现，将所有LVTTL信号转换为标准TTL电平信号。信号高速光耦隔离与总线驱动都安排同一

52、块板卡上。板卡包括的专用脉冲发生模块、导引头专用并口模块等功能均通过VerilogHDL编程实现。惯导模拟器卡针对外部的信号逻辑功能划分如图 24 所示：图 24 惯导模拟器卡测试信号逻辑功能划分图 25 脉冲卡实物简图3.5.8.2.2 FPGA选型设计选用EP1C3T144作为系统主控FPGA芯片。3.5.8.2.3 脉冲发生模块设计脉冲发生模块的技术要求如前所述，这里值得注意的是陀螺脉冲信号与加速度计脉冲信号应分别与SP1（512kHz）和SP3（32kHz）产品输入的同步信号同步。同时陀螺脉冲发生模块还要输出计数同步信号CSAS（1kHz）。加速度计数脉冲输出通道的信号要求为脉宽1s3s、脉冲个数可调的正脉冲序列。每个轴的脉冲按正负两路输出，分别同步跟随同步信号SP3中的两个双脉冲。为实现上述功能，板卡驱动程序向FPGA中3个加速度控制寄存器写入控制指令，脉冲发生电路则按设定值产生脉冲序列；并且通过