光电经纬仪小系统测试性与故障检测的研究

【摘要】：随着武器系统复杂性的提高，现代武器系统的测试性设计和故障检测是解决武器装备的战备完好性、降低使用和保障费用的一种重要途径。通过自动检测和隔离故障，使系统或设备的平均维修时间（MTTR）显著减小，提高系统的可用性；同时减少维修人员的数量、降低对维修人员技术水平的要求，进而降低使用及保障费用。由于会增加系统的重量、尺寸、复杂性及费用，因此，在系统设计初期必须对系统的测试性和故障诊断进行权衡分析。 本文对光电经纬仪的小系统测试性采用了新的方法，即采用机内测试来完成。测试性是70年代后期兴起的一门学科，而我国在这一学科的研究起步较晚，在光电经纬仪的调光调焦系统尚未进行系统的测试性研究。机内测试是指系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试能力，是改善系统或设备测试性的重要技术，用于周期地或连续地监控系统的运行状态，并用于维修前的观察或诊断。本文运用机内测试的方法使故障检测率的设计目标值或规定值达到了95％，故障检测率的最低可接收值达到了85％。 测试系统中采用了以数字信号处理器为核心，以复杂可编程逻辑器件为外围电路，来控制执行部件和测试与接收由外部返回的数字信号、模拟信号和开关信号。 本文选用的核心器件是TMS320系列的数字信号处理器，TMS320又包括C2000、C5000和C6000三个子系列。而TMS320F240是专为数字电机控制和其它控制应用系统而设计的。它是美国TI公司于1997年推出的低价格高性能的16位定点DSP。它具有独立的程序和数据存储空间，由于总线采用了哈佛结构，所以允许在同一个时刻分别访问数据存储空间和程序存储空间，大大提高了系统的运行速度。 在测试系统中充分使用了数字信号处理器的接口资源：使用了它的脉宽调制信号作为直流电机运转的信号，同时使用一个输出口作为电机的正反相控制。由于数字信号处理器具有10位的模拟——数字转换功能的接口，本文使用它的模数转换接口作为模拟量的采样。通过一片64K×16的存储器6416作为外部存储器的扩展，其中数据存储器和程序存储器各32K。对外部的液晶显 WP=66 示器、开关量采样单元和串行扩展口进行了独立的地址分配。 开发环境采用TI公司针对TMS320C2XX提供的一套全新的集成开发环境CC2000。用C语言开发DSP程序不仅使DSP开发的速度大大加快，而且开发出来的DSP程序的可读性和可移植性都大大增加，程序修改也极为方便。但是在某些情况下，C代码的效率还是无法与手工编写的汇编代码的效率相比,即使是最佳的C编译器，也无法在所有的情况下都能够最佳合理地利用DSP芯片所提供的各种资源。用C语言实现DSP芯片的某些硬件控制也不如汇编程序方便，有些甚至无法用C语言实现。因此，本测试系统采用C语言和汇编语言的混合编程方法来实现，以达到最佳地利用DSP芯片软硬件资源的目的。 外围电路的复杂可编程逻辑器件使用的是MAX7000系列的EPM7256S, MAX7000系列提供了业界速度最快的可编程逻辑解决方案，基于COMS EEPROM工艺，传播延迟最小为3.5ns，可以实现速度高于200 MHz的计数器。提供PCI兼容，非常适合高速设计使用。可以用对复杂可编程逻辑器件进行编程的方式改变它的连接方式，这样就方便了调试，充分利用了电路板上的资源。数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件的使用，提高了系统测试的速度，减少了印刷电路板的尺寸。 系统中的核心即数字信号处理器与外部控制及采集信号联系的设计采用了一种新的设计方法，即采用了CPLD来完成，其软件设计采用VHDL（硬件描述语言）。基于EDA（电子设计自动化）技术，利用相应的ALTERA公司的MAX+plusII软件开发平台，对设计进行逻辑综合和仿真，最后采用EPM7256S器件实现该方案。在论文中还详细阐述了逻辑设计原理，给出了CPLD的实现电路和时序仿真波形，从而验证了CPLD技术的可行性。与采用单片机或通用器件相比，所设计的系统具有速度快、可靠性高、结构简单和体积小等优点。VHDL语言和CPLD的结合，使设计的周期缩短，灵活性加大，并且容易调试。 在工作过程中，系统中的模拟信号、数字信号和功率放大电路信号之间的相互干扰，影响系统的测量精度，为此，对系统中的信号相互干扰采取了相应的措施。 总之，光电经纬仪进行测试所采用的模式以及机内测试技术完成了系统的 WP=67 测试性设计要求。随着DSP和CPLD技术的发展，机内测试技术必将得到更广泛的应用。