液晶航向指示器接口電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，電子設(shè)備在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也對(duì)指示器的電路提出了更高要求，基于液晶航向指示器接口電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)有助于提高設(shè)備的可靠性和整體性能。本文以液晶航向指示器為具體研究對(duì)象，從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面簡(jiǎn)要探討基于液晶航向指示器接口電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并針對(duì)其優(yōu)化特點(diǎn)和優(yōu)化方法進(jìn)行具體描述。

關(guān)鍵詞：液晶航向指示器；指示器接口電路；優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)機(jī)載儀表主要是機(jī)械儀表，在實(shí)際操作過(guò)程中存在許多問(wèn)題，傳輸效率低、分辨率差導(dǎo)致指示航向常常出現(xiàn)失誤。近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子儀表大量使用液晶屏顯示，也應(yīng)用在航向指示器中，解決了傳統(tǒng)機(jī)械儀表的問(wèn)題，提高了儀表的準(zhǔn)確度。本文所研究的航向指示器接口電路能夠接收通過(guò)液晶屏顯示的各種信息，希望對(duì)實(shí)際中基于液晶航向指示器接口電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)有所幫助。

1硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)的主要目的是提高其性能，所以要選擇最先進(jìn)的控制系統(tǒng)和最優(yōu)秀的邏輯數(shù)據(jù)編輯器。以自整角機(jī)信號(hào)為例，如Cygnal推出了混合信號(hào)系統(tǒng)單片機(jī)（C8051F020），控制系統(tǒng)以?xún)?nèi)部含有CIP-51的CPU內(nèi)核的51系列單片機(jī)C8051F020為主，相比較51早期系列單片機(jī)，其內(nèi)部存儲(chǔ)增大且可靠性增強(qiáng)。指示器接口電路設(shè)計(jì)用C8051F020來(lái)控制處理數(shù)據(jù)，還可以和驅(qū)動(dòng)液晶屏，使用串口法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用CPLD來(lái)輸入輸出邏輯數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)處理方面，以精度要求為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行信號(hào)轉(zhuǎn)好，轉(zhuǎn)換器采用14SZZ系列（中國(guó)船舶重工集團(tuán)716研制所提供），分辨率調(diào)整為14位就能滿足需求，當(dāng)兩路同類(lèi)信號(hào)輸入時(shí)，可選擇雙通道功能的轉(zhuǎn)換器，避免電路面積過(guò)大。接口電路通過(guò)解算輸入自整角機(jī)的信號(hào)數(shù)字，得到數(shù)字輸出，最后將數(shù)字通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器從接口電路輸出。

1.1轉(zhuǎn)換器

CPLD程序以VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，以單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)的地址定義為依據(jù)，將地址值設(shè)為敏感信號(hào)，由此產(chǎn)生單通道A/D模塊的片選信號(hào)（高低字節(jié)），再將轉(zhuǎn)換器芯片A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果錄入緩存進(jìn)行讀取；針對(duì)無(wú)高低字節(jié)選擇信號(hào)的雙通道模塊，可產(chǎn)生禁止/使能信號(hào)，將轉(zhuǎn)換結(jié)果錄入緩存，輸入信號(hào)進(jìn)行緩存后，CPLD程序可根據(jù)地址值將輸入信號(hào)寫(xiě)單片機(jī)，經(jīng)解算后得出數(shù)字輸出信號(hào)，再根據(jù)地址敏感信號(hào)產(chǎn)生D/A轉(zhuǎn)換芯片的控制信號(hào)，根據(jù)控制信號(hào)將數(shù)字輸出送入轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器直流電源波動(dòng)范圍正常允許值為上下10%，嚴(yán)謹(jǐn)越限加電，電路并聯(lián)方式為：PCB板塊正5V、正15V、負(fù)15V以及GND之間分別并聯(lián)6.8uF和0.1uF的濾波電容。單片機(jī)引腳為陶瓷諧振器或晶體諧振器內(nèi)部反饋電路所產(chǎn)生的反饋輸入，為了讓內(nèi)部時(shí)鐘更加精準(zhǔn)，需在引腳另外增添一個(gè)諧振器。

1.1.114ZSZ/XSZA/D轉(zhuǎn)換器

14ZSZ/XSZA/D是一種小型數(shù)字轉(zhuǎn)換器，是14位自整角機(jī)，運(yùn)用二階伺服回路電路，數(shù)據(jù)輸出的過(guò)程中能夠三態(tài)鎖存數(shù)據(jù)，這種數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠持續(xù)跟蹤轉(zhuǎn)角機(jī)和變壓器，且因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)的位數(shù)多，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)沒(méi)有終端轉(zhuǎn)換程序，數(shù)字信號(hào)在選擇通道時(shí)運(yùn)用不同的高低電平。

1.1.214SZZ/SXZ數(shù)字-自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器

14SZZ/SXZ數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器與A/D轉(zhuǎn)換器方式相反，通過(guò)14SZZ/SXZ數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器將二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量后輸出，轉(zhuǎn)換器中的ENH和ENL分別控制著高8位和低6位。輸入量數(shù)據(jù)決定著轉(zhuǎn)換器的變化，當(dāng)ENH和ENL全為零時(shí)，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部鎖存器開(kāi)始下降沿。運(yùn)用CNOS完成鎖存過(guò)程并通過(guò)變壓器分離輸入或者輸出的信號(hào)，從而確定計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)的切合點(diǎn)，使接口設(shè)計(jì)更加實(shí)用。

1.2電源管理模塊

因?yàn)橄到y(tǒng)控制器各部件都已確定，所以其電路實(shí)際電量已可以確定，對(duì)電源的選擇也有具體要求。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的是控制電壓，以免電壓過(guò)大導(dǎo)致芯片使用壽命降低。

2軟件設(shè)計(jì)

2.1初始化單元

整個(gè)電路系統(tǒng)通電后，對(duì)系統(tǒng)的初始化需要47.406ms時(shí)間，此時(shí)應(yīng)找到CPU對(duì)應(yīng)串口，設(shè)定好初始化參數(shù)，設(shè)定時(shí)分別將串口0、1設(shè)置帶po.0、po.1和po.2和po.3上，并將外部時(shí)鐘設(shè)定為22.118MHz，每35ms進(jìn)行一次終斷。

2.2數(shù)據(jù)處理顯示單元

電路所需的數(shù)據(jù)井A/D轉(zhuǎn)換后變?yōu)?4位的二進(jìn)制數(shù)字量，數(shù)字信號(hào)能夠以0～360度的轉(zhuǎn)換角度進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，利用CPLD對(duì)數(shù)據(jù)以高低字節(jié)順序進(jìn)行緩存連接到單片機(jī)總線后傳送到液晶顯示屏中，以數(shù)字的形式輸出出來(lái)。

2.3定時(shí)工作及存儲(chǔ)器初始化單元

指示器接口電路設(shè)計(jì)中的定時(shí)單元的作用是識(shí)別按鍵按下動(dòng)作，主要運(yùn)用查詢(xún)的方式進(jìn)行識(shí)別。按鍵按下這個(gè)動(dòng)作完成后，系統(tǒng)會(huì)查詢(xún)按鍵時(shí)間為多少，依據(jù)其時(shí)間長(zhǎng)短判斷出按鍵這個(gè)動(dòng)作是否真的完成，也就是說(shuō)按鍵被按下，以免出現(xiàn)不小心碰到的失誤。按鍵數(shù)據(jù)主要采用RAM存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)，如果案件數(shù)據(jù)被使用，存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)會(huì)隨之清除出去，為下次的輸入數(shù)據(jù)留出棧位。

2.4通信模塊

指示器接口電路的通信模塊需要運(yùn)用到反饋的處理方法，液晶屏接收到外界的讀寫(xiě)命令后，立馬啟用D/A轉(zhuǎn)換器，將其溫度和狀態(tài)反饋到單片機(jī)，然后這些信息就會(huì)經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，最終控制系統(tǒng)再一次控制液晶屏。形成數(shù)據(jù)的交換、反饋循環(huán)，最終輸出信息。

2.5單片機(jī)主程序模塊

單片機(jī)主程序模塊流程首先是將RAM清空，然后查詢(xún)出液晶屏的溫度和狀態(tài)，如果顯示溫度低于零度，且發(fā)現(xiàn)溫度傳感器為有效狀態(tài)則打開(kāi)加熱電源，液晶屏初始化設(shè)置后讀取并處理數(shù)據(jù)，液晶屏將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。同時(shí)處理亮度等按鍵，長(zhǎng)按按鍵時(shí)其不改變相應(yīng)指的狀態(tài)下對(duì)按鍵計(jì)數(shù)，放松按鍵后亮度等值隨之改變，使長(zhǎng)按數(shù)據(jù)變化加快。

3結(jié)語(yǔ)

液晶航向指示器接口電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序復(fù)雜，其設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)中14ZSZ/XSZA/D轉(zhuǎn)換器、14SZZ/SXZ數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器和電源管理模塊的設(shè)計(jì)運(yùn)用，可提高設(shè)備的性能，實(shí)現(xiàn)信息的輸入和輸出；軟件設(shè)計(jì)中，初始化單元、數(shù)據(jù)處理顯示單元、定時(shí)工作及存儲(chǔ)器初始化單元、通信模塊和單片機(jī)主程序模塊的設(shè)計(jì)，是數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。

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作者:李大習(xí) 高勇 單位:江蘇自動(dòng)化研究所 空軍駐揚(yáng)州地區(qū)軍事代表室