摘要：目前在導(dǎo)航接收系統(tǒng)中，通常需要控制盒來完成對機載設(shè)備的加電、工作頻率或波道的轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)音量、顯示亮度等功能的操作與控制。文中介紹某導(dǎo)航控制盒的應(yīng)用范圍、工作原理及電路實現(xiàn)，主要從頻率控制、關(guān)鍵器件HCMS2924點陣模塊的使用方法等方面進行了詳細的論述。
關(guān)鍵詞：BCD碼；頻率控制；ARINC 429總線；看門狗；E2PROM；LED點陣顯示
導(dǎo)航就是引導(dǎo)一個運動體從一點到達另一點的全過程。飛機導(dǎo)航的目的在于保證其從開始起飛到著陸全過程安全、有效、經(jīng)濟的飛行。導(dǎo)航控制盒是機載導(dǎo)航設(shè)備的操作控制機構(gòu)。本項目是基于ARINC 429總線數(shù)據(jù)格式的導(dǎo)航接收機的控制機構(gòu)，ARINC429串行總線具有傳輸速率高，抗干擾能力強的特點，符合航空數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)的要求。
該系統(tǒng)將導(dǎo)航接收機的所需的頻率以ARINC 429總線數(shù)據(jù)格式輸出，其中信號格式為BCD編碼格式，頻率范圍是108．00～117．95 MHz，頻率間隔50 kHz，通過它可以實現(xiàn)對設(shè)備的加電控制、可手動控制頻率或工作波道的轉(zhuǎn)換、可完成系統(tǒng)音量調(diào)節(jié)、顯示亮度的調(diào)節(jié)并顯示當前頻率，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)兩個分系統(tǒng)間控制盒的轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)交換功能。
1 實現(xiàn)過程
1．1 控制盒的電路實現(xiàn)
控制盒通過“按鈕”對頻率進行選擇，單片機在主程序中對按鈕的開關(guān)狀態(tài)進行掃描，根據(jù)掃描到的情況實現(xiàn)相應(yīng)的頻率控制。在控制盒中應(yīng)用了一個可編程看門狗E2PROM，防止萬一因強烈干擾而使CPU程序運行出錯時，它能在可編程的超時周期(200 ms)內(nèi)使CPU復(fù)位，回到正常的程序狀態(tài)。單片機還可以讀取存貯于看門狗電路的頻率，使控制盒能記憶上次關(guān)機的工作狀態(tài)。顯示窗口的亮度可以調(diào)節(jié)。頻率顯示采用了5×7點陣模塊來顯示。單片機將頻率代碼轉(zhuǎn)換成BCD碼格式，通過ARINC429數(shù)據(jù)的格式，送到導(dǎo)航接收機。
原理框圖如圖1。
1．2 信號BCD碼在ARINC 429中的位置及格式
在發(fā)送ARINC 429數(shù)據(jù)時，首先把頻率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成BCD碼的格式，再進行相應(yīng)的判斷和計算后保存到發(fā)送ARINC 429數(shù)據(jù)的數(shù)組里，最后循環(huán)發(fā)送出去。相反，在接收ARINC 429數(shù)據(jù)后，先保存在接收ARINC 429的數(shù)組里，然后進行計算判斷，如接收的數(shù)據(jù)正確，再把信號數(shù)據(jù)提取出來，進行相應(yīng)的處理和顯示。
1．3 頻率的控制
控制盒剛開機時，記憶并顯示上次斷電時的頻率，此功能通過讀寫看門狗來實現(xiàn)。X25045是有4 kB的串行E2PROM，由一個用四線構(gòu)成的SPI總線方式進行操作，其擦寫周期至少有l(wèi) 000 000次，其特有的看門狗功能具有總線監(jiān)控和電壓監(jiān)控功能，具有良好的性能價格比。
頻率選擇采用按鈕輸入法，按MHz／kHz選擇按鈕，選擇M位或k位，被選擇位處于閃爍狀態(tài)，再按“↑”或“↓”按鈕，相應(yīng)位的數(shù)據(jù)進行增減。當數(shù)據(jù)達到最大值時，再按“↑”按鈕，顯示頻率回到最小值。同樣，當數(shù)據(jù)達到最小值時，再按“↓”按鈕，顯示頻率回到最大值。M位時數(shù)據(jù)步進量為1 MHz，k位時數(shù)據(jù)步進量為50 kHz。在以上操作過程中，控制盒不發(fā)送ARINC429數(shù)據(jù)(即默認上一狀態(tài))，若5 s內(nèi)沒有按以上提到的任何按鈕，控制盒開始發(fā)送現(xiàn)在顯示的頻率的ARINC429數(shù)據(jù)。
1．4 顯示模塊的電路實現(xiàn)
用2塊5×7 HCMS2924點陣模塊顯示108．00～117．95MHz范圍的頻率，該產(chǎn)品采用低功耗的CMOS工藝。它與TTL電平兼容，可以直接與微處理器和微控制器相連而無需接口電路和元件。該顯示屏的特點是可以在水平和垂直方向靈活組合，2塊點陣模塊的連接關(guān)系，如圖2所示。 P3.7、P2.6和P3.4口線分別控制HCMS2924的DIN端、CE端和RS端。首先，RS置低以選擇點陣寄存器，接著將CE也置為低。然后在每一個時鐘上升沿將數(shù)據(jù)從DIN移入點陣寄存器，移入的數(shù)據(jù)是高電平時，相應(yīng)的點被點亮。當所有160位都被移入時，CE置高。當CLK的下降沿到來時，新的數(shù)據(jù)將被鎖存到顯示點陣驅(qū)動電路。待前面的數(shù)據(jù)顯示完成后，再將數(shù)據(jù)裝載進點陣寄存器。重復(fù)5×8×8次后，數(shù)據(jù)通過DIN端寫入到寄存器中。
在4 bit的顯示屏中，160位二進制數(shù)可由20列8行的矩陣構(gòu)成。每個字符一般被定義成5×8的點陣，但8行中只有7行有LED點，第0行實際上從不顯示，如圖3所示。字符一般通過順序方式載入，首先被載入的是最左邊的數(shù)據(jù)，最后被載入的是最右邊的數(shù)據(jù)。
顯示亮度可以用軟件編程修改控制字的方法實現(xiàn)。該控制寄存器由兩個獨立的7位控制字(控制字0和控制字1)組成，由寄存器的D7位決定選擇哪一個控制寄存器，D7位為L時選擇控制字0，D7位為H時選擇控制字1。控制字0的D0～D3位通過脈寬調(diào)制(PWM)來調(diào)整顯示亮度，D4～D5位通過控制像素的峰值電流來調(diào)整顯示亮度，D6位選擇正常操作模式(D6=H)或睡眠模式(D6=L)。控制字1有兩個功能；D0位用于選擇串行／并行數(shù)據(jù)輸出模式；D1位用于外部振蕩器前定標。
1．5 部分子程序
接收和發(fā)送子程序如下所示。
1．5．1 從X25045接收1 bit
1．5．2 向X25045發(fā)送1 bit
2 導(dǎo)航控制盒的應(yīng)用效果
該控制盒與原同類設(shè)備的控制盒相比較，有以下幾項優(yōu)點：
(1)采用了先進的微處理機技術(shù)和數(shù)據(jù)存貯技術(shù)，使得產(chǎn)品具有功能強、操作方便、技術(shù)先進、可靠性高等特點；本次控制盒的頻率選擇功能通過軟件實現(xiàn)，原同類控制盒大多采用多層波段開關(guān)來實現(xiàn)頻率選擇，電路復(fù)雜且可靠性差。
(2)頻率顯示采用兩塊點陣模塊顯示，若按原控制盒的設(shè)計方法，完成同樣功能，則需要14個數(shù)碼管；
(3)鑒于以上兩點，該控制盒硬件電路簡化，重量是原來的1／2，體積減小到原來的2／3，這對于機載設(shè)備的減重及小型化有益。
3 結(jié)束語
文中闡述了控制盒的工作原理和軟硬件設(shè)計方案，設(shè)計思想新穎、結(jié)構(gòu)簡明。將控制盒與系統(tǒng)連接進行了功能測試。結(jié)果表明該系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、可靠性高、可維護性，較好地滿足了系統(tǒng)的工作要求，對需要實現(xiàn)此功能的同類控制裝置，具有一定的借鑒意義。