基于DSP的某彈載計(jì)算機(jī)單元的設(shè)計(jì)

摘要：隨著精確制導(dǎo)武器的發(fā)展，為了滿(mǎn)足某型彈載計(jì)算機(jī)的性能和使用要求，文章提出了一種采用基于DSP內(nèi)核的SOC芯片實(shí)現(xiàn)某型彈載計(jì)算機(jī)單元的解決方案。設(shè)計(jì)方案采用處理器HKS6713，對(duì)數(shù)字電路接口實(shí)現(xiàn)了光電隔離，采用了模擬/數(shù)字電路一體化設(shè)計(jì)，并具有GJB289A通信接口。文章對(duì)計(jì)算機(jī)單元的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了較為詳盡的描述。該計(jì)算機(jī)單元滿(mǎn)足了某型武器制導(dǎo)控制的使用需求。

關(guān)鍵詞：DSP;SOC;GJB289A總線;光電隔離;AD/DA轉(zhuǎn)換

引言

隨著精確制導(dǎo)武器的發(fā)展，作為控制核心的計(jì)算機(jī)單元，其一體化和集成度越來(lái)越高、接口越來(lái)越豐富。本文以某型彈載計(jì)算機(jī)單元的需求作為背景，介紹了一種基于TMS 320C6713內(nèi)核的SOC芯片HKS6713的計(jì)算機(jī)單元的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，較好得滿(mǎn)足了彈載計(jì)算機(jī)的各控制需求，同時(shí)具有小型化、數(shù)模一體化和控制接口豐富的特點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)單元以基于TMS320C6713內(nèi)核的SOC芯片HKS6713作為處理控制核心，采用SOC+CPLD的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)單元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

計(jì)算機(jī)單元各控制接口豐富，其主要功能模塊包括：處理器電路、存儲(chǔ)器電路、異步串行接口電路、開(kāi)光量輸入輸出電路、模擬量輸入輸出電路、GJB289A總線接口電路、電源轉(zhuǎn)換電路和CPLD等。計(jì)算機(jī)單元用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)制導(dǎo)組合體的核心控制功能，一些重要的接口必須實(shí)現(xiàn)光電隔離。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

由于計(jì)算機(jī)單元接口眾多，在詳細(xì)設(shè)計(jì)中僅對(duì)主要的以下電路作出介紹：處理器及其外圍電路、異步串行接口電路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出隔離電路、電源監(jiān)控調(diào)理電路和模擬量輸出電路。

2.1 處理器及其外圍電路

處理器及其外圍電路包括HKS6713處理器、時(shí)鐘電路、JTAG驅(qū)動(dòng)電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器電路。

HKS6713是集成DSP內(nèi)核(與TI公司TMS320C6713完全兼容1、GJB289A協(xié)議處理器、429總線控制器、CAN總線控制器、多路串口控制器、64kB雙口存儲(chǔ)器、BLOCKTROOP模塊、AD轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器以及多路中斷控制等功能的大規(guī)模SOC芯片，最高主頻200MHz。計(jì)算機(jī)單元使用該SOC芯片的C6713內(nèi)核、GJB289A協(xié)議處理器、雙口RAM、多路串口控制器、BLOCK TROOP模塊、AD轉(zhuǎn)換器和多路中斷控制等功能。圖2為HKS6713的功能結(jié)構(gòu)圖。

模塊上晶振產(chǎn)生DSP內(nèi)核需要的40MHz時(shí)鐘、GJB289A協(xié)議處理器需要的12MHz時(shí)鐘以及多路UART控制器需要的14.7456MHz時(shí)鐘。電壓監(jiān)控芯片TPS3307—33實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)單元的3種復(fù)位：手動(dòng)復(fù)位、上電復(fù)位、電壓監(jiān)控復(fù)位。FLASH存儲(chǔ)器訪問(wèn)使用HKS6713處理器EMIF 接口的CE1空間，SDRAM使用接口CE0空間。

2.2 異步串行接口電路

異步串行接口包括UART控制器及接口電平轉(zhuǎn)換電路，其中UART控制器由HKS6713處理器內(nèi)部集成，并配以電平轉(zhuǎn)換芯片。設(shè)計(jì)采用隔離電源和信號(hào)光耦隔離器件。RS422接口芯片主要特性包括支持完全故障安全特性、接口管腳具有15kV HBM(人體放電模式)ESD保護(hù)能力，接收端正負(fù)極之間采用120Ω標(biāo)準(zhǔn)匹配電阻，另外在接口管腳上并聯(lián)一片SRV05-4接口保護(hù)電路增強(qiáng)ESD保護(hù)能力。圖3為隔離RS422串行接口電路圖。

2.3 開(kāi)光量輸入輸出隔離電路

離散量輸入信號(hào)為28V/懸空，信號(hào)經(jīng)光隔和驅(qū)動(dòng)器后，由DSP讀取狀態(tài)。光耦輸入前級(jí)低端設(shè)計(jì)有穩(wěn)壓管，防止輸入端開(kāi)路時(shí)干擾信號(hào)引起的光隔輸出誤動(dòng)，當(dāng)光耦導(dǎo)通時(shí)，穩(wěn)壓管工作在擊穿狀態(tài);離散量信號(hào)輸入端與28VGND之間連接有雙向TVS管，能防止輸入信號(hào)上的電壓尖峰損壞光隔;光耦前級(jí)并聯(lián)一個(gè)反向二極管，防止反向電壓對(duì)光耦造成破壞。圖4為開(kāi)關(guān)量輸入處理電路。

開(kāi)關(guān)量輸出，信號(hào)特性為28V/懸空，開(kāi)關(guān)量輸出電路中使用光耦隔離期間，該光耦輸出端采用達(dá)林頓管，開(kāi)關(guān)量輸出端與28V地之間接反向二極管，防止反向電壓對(duì)光耦造成損壞。圖5為開(kāi)關(guān)量輸出處理電路。

2.4 電源監(jiān)控調(diào)理電路

熱電池電壓信號(hào)和載機(jī)電源電壓信號(hào)采集電路如圖6所示，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電壓信號(hào)輸入需隔離。電壓信號(hào)的調(diào)理電路包括分壓電路、跟隨電路、隔離電路和濾波電路。分壓電路將熱電池電壓信號(hào)調(diào)理到0～3.3V。跟隨電路具有高輸入阻抗的特性，可避免后端隔離電路輸入阻抗不一致對(duì)分壓電路造成影響。隔離電路采用隔離運(yùn)算放大器通過(guò)電容耦合實(shí)現(xiàn)隔離功能。濾波電路為由運(yùn)放和阻容器件構(gòu)成的二階有源低通濾波器(巴特沃思濾波器)，該濾波器可對(duì)隔離運(yùn)放輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波，為保證對(duì)噪聲進(jìn)行濾波又不使信號(hào)產(chǎn)生失真，設(shè)計(jì)其截至頻率為100kHz。

2.5 模擬量輸出電路

模擬量輸出由1片12位4路輸出D/A轉(zhuǎn)換器完成，轉(zhuǎn)換器的輸出經(jīng)過(guò)跟隨放大電路驅(qū)動(dòng)后輸出。圖7為模擬量輸出電路圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種彈載計(jì)算機(jī)單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，此設(shè)計(jì)方法具有集成一體化、數(shù)模一體化和接口豐富的特點(diǎn)，并且處理器使用了基于TMS320C6713內(nèi)核的SOC芯片HKS67 13。對(duì)于控制計(jì)算機(jī)上廣泛使用的接口光電隔離技術(shù)、電源監(jiān)控技術(shù)和AD/DA轉(zhuǎn)換技術(shù)等方面，本文具有一定的參考價(jià)值。