混合集成特定頻率信號發(fā)生器的設(shè)計

混合集成特定頻率信號發(fā)生器主要應(yīng)用于某軍用引信安全控制系統(tǒng)。它在該引信設(shè)計中起著中樞神經(jīng)的作用,主要用于實現(xiàn)全電子安全系統(tǒng)狀態(tài)的控制,即按預(yù)定條件(如時間、氣壓、指令等)控制引信在一定邏輯程序作用下,正確實現(xiàn)保險設(shè)置、保險解除、環(huán)境信息綜合判斷、特定頻率信號產(chǎn)生等控制功能。該系統(tǒng)可根據(jù)魚雷的特點和使用要求來控制三級保險的設(shè)置。依靠敏感的系統(tǒng)發(fā)射或運動過程中不同的獨立航道環(huán)境或指令來解除保險,以確保系統(tǒng)使用過程中的安全,同時選用簡單、成熟的保險機構(gòu)來提高可靠性。

混合集成特定頻率信號發(fā)生器的設(shè)計主要是采用可編程邏輯器件進行邏輯編程,以實現(xiàn)高性能系統(tǒng)所需求的復(fù)雜邏輯功能。該方法可大大減小元器件數(shù)量,增加系統(tǒng)可靠性,而且工作狀態(tài)穩(wěn)定,反應(yīng)速度快,設(shè)計周期短,系統(tǒng)成本低。其工藝采用先進的厚膜混合集成技術(shù),產(chǎn)品重量輕,體積小,可靠性高,一致性好。

1 電路設(shè)計原理框圖

該電路的基本原理框圖如圖1所示。它主要由晶體振蕩器為兩個可編程邏輯器件(isp1016E)提供4.096MHz的頻率信號,并經(jīng)分頻產(chǎn)生1 kHz信號,然后將其作為計數(shù)器的時鐘觸發(fā)。三級開關(guān)信號(即系統(tǒng)中的解保信號)依次加到四光電耦合器上,其中第一級開關(guān)信號用于驅(qū)動可編程邏輯器件isp1016E-1,其輸出信號經(jīng)過驅(qū)動器轉(zhuǎn)換后,可將原來輸出端的高電平信號轉(zhuǎn)換為低電平信號,以解除系統(tǒng)第一級保險。

第二級開關(guān)信號經(jīng)光耦隔離后用于驅(qū)動另一個可編程邏輯器件isp1016E-2,該信號經(jīng)判斷確認時序正確時,isp1016E-2的輸出信號經(jīng)驅(qū)動器可產(chǎn)生低電平信號,以解除系統(tǒng)第二級保險。

當?shù)谌夐_關(guān)信號到來并確認當前的三級開關(guān)信號時序關(guān)系正常后,系統(tǒng)便通過isp1016E-2產(chǎn)生特定頻率和占空比的5 V TTL信號,以解除第三級保險,從而使系統(tǒng)進行高壓充電,此時引信處于待爆狀態(tài)。

當三級開關(guān)信號時序不正常時。第四路開關(guān)信號經(jīng)過光耦隔離可為兩只isp1016E提供復(fù)位信號,以使特定頻率信號輸出端無輸出,從而使引信絕火。

2 方案設(shè)計

傳統(tǒng)數(shù)字電路中多由TTL和CMOS器件構(gòu)成邏輯電路,這樣的系統(tǒng)大多存在邏輯器件數(shù)目多,電路復(fù)雜,板塊龐大等缺點。而可編程邏輯器件內(nèi)部有大量的門電路(2000門)和觸發(fā)器,通過編程可以連接成各種中小規(guī)模的數(shù)字電路。這樣。寄存器、計數(shù)器、多路選擇、譯碼器等電路都很容易通過編程實現(xiàn)。另外,也可以利用可編程邏輯器件配套軟件中具備的宏單元庫,來編程完成高性能系統(tǒng)所要求的復(fù)雜邏輯功能。

由于混合集成特定頻率信號發(fā)生器的邏輯關(guān)系比較復(fù)雜,為此,本設(shè)計選用可編程邏輯器件isp1016E來實現(xiàn)邏輯功能。以簡化設(shè)計難度。這樣,只要在計算機上輸入數(shù)字電路原理圖或用硬件描述語言描述數(shù)字電路,然后經(jīng)過編譯,并將編譯后的數(shù)據(jù)文件下載到可編程邏輯器件上即可完成數(shù)字電路的設(shè)計,而且電路結(jié)構(gòu)簡單,器件少,成本低,設(shè)計方便,不容易損壞,同時可大大增加系統(tǒng)的可靠性、減少系統(tǒng)體積。

3 軟件設(shè)計

混合集成特定頻率信號發(fā)生器軟件由isp1016E-1芯片軟件和isp1016E-2芯片軟件組成。用于實現(xiàn)有效環(huán)境信號的識別、時序判斷、兩級保險的解除、特定頻率信號的產(chǎn)生等功能。設(shè)計時應(yīng)首先定義可編程邏輯器件isp1016E的I／O端口,然后采用Viewlogic軟件對系統(tǒng)可編程邏輯器件進行仿真設(shè)計。設(shè)計編譯完成后,便可將數(shù)據(jù)文件下載到可編程器件中。IspLSI器件可在線路板上編程;也可在專用編程器上編程。

3.1 isp1016E-1芯片設(shè)計

isp 1016E-1芯片主要用來實現(xiàn)有效環(huán)境信號識別、第一級保險的解除等功能。其設(shè)計思想首先是將外接晶振頻率分頻至1 kHz,以將其作為計數(shù)器的時鐘觸發(fā),每毫秒采樣一次第一級開關(guān)信號(即解保信號)來對有效信號進行計數(shù),當計數(shù)至第N次時,截止計數(shù)過程并發(fā)驅(qū)動信號,接著輸出低電平以驅(qū)動后序第一級保險動作,同時將信號傳至isp 1016E-2。