基于C8051F040的炮塔方位角测试系统设计

2 主要器件简介
2．1 C8051F040单片机
    C8051F040是完全集成的混合信号片上系统型单片机MCU。内核采用高速、流水线结构的805l兼容的CIP-51内核；控制器局域网(CAN2．OB)控制器，具有32个消息对象，每个消息对象有其自己的标识；8位500 Ks／s的MI)转换器，带PGA和8通道模拟多路开关；64KB在系统编程的Flash存储器：具有SPI、SMBus、I2C接口和2个UART串行接口；VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器真正能独立工作的片上系统：片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行；每个MCU都可工作在工业温度范围(-45°C～+85°C)内，工作电压为2．7～3．6 V。端口I／O、RST和JTAG引脚都容许5 V的输入信号电压。
2．2 CAN控制器SJA：1000
    SJAl000的内部主要由接口管理逻辑IML、信息缓冲器(含发送缓冲器TXB和接收缓冲器RXFIF0)、位流处理器BSP、接收过滤器ASP、位时序处理逻辑BTL、错误管理逻辑EML、内部振荡器及复位电路等构成。IML接收来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址并向控制提供中断信息及状态信息。CPU的控制经IML把要发送的数据写入TXB，TXB中的数据由BSP处理后经BTL输出到CAN总线。BTL始终监视CAN总线．当检测到有效的信息头“隐性电平一控制电平”的转换时启动接收过程，接收的信息首先要由位流处理器BSP处理．并由ASP过滤，只有当接收的信息的识别码与ASP检验相符时，接收信息才最终被写人RXB或RXFIIFO中。RXFIFO最多可缓存64字节的数据，该数据可被CPU读取。EML负责传递层中调制器的错误管制，它接收BSP的出错报告，促使BSP和IML进行错误统计。
2．3 CAN收发器PCA82C250
    PCA82C250是工业环境控制器局域网(CAN)的高集成度独立控制器。它具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性。它具有简单总线，可完成物理层和数据链路层的所有功能。电子控制单元(ECU)的应用层由微控制器提供。PCA82C250在一般工业环境的应用中可以减少导线设置，并且增强诊断和监控能力。其主要特性：多主结构、可连接各种类型的微控制器接口、总线访问优先权(取决于报文标识符)、2032种报文标识符、对于高优先权报文确保等待时间、强有力的错误处理能力、0～8个字节数据长度、可组态总线接口、成组和广播报文功能、无损结构的逐位仲裁、带有位填充功能的非归零编码／解码、传输速率可编程、时钟频率为16 MHz。

3 系统设计
     炮塔方位角测试系统主要采集和处理由自整角机和旋转变压器产生的位置信号；并实时通过LED显示和通过CAN总线向外输出位置信息。图1为系统结构框图，主要包括主控模块、2路SDC数据采集电路、LED显示模块、CAN通信模块等。

3．1 硬件电路设计
    图2为硬件电路设计框图。该系统硬件电路设计是以C8051F040单片机为核心，采用16ZSZ／XSZ-02(16位连续跟踪的自整角机／旋转变压器一数字转换器)采集单元，SJAl000CAN控制器外加驱动控制器PCA80C250为通信系统。

    为了增强控制节点的抗干扰能力，防止线路间串扰，SJAl000通过光耦6N137与PCA82C250相连，从而使总线上各个CAN节点实现隔离，以保护CAN控制器。PCA82C250是CAN总线收发器，是CAN控制器SJAl000与CAN总线的接口器件，对CAN总线以差分式发送。其引脚RS用于选择PCA82C250的工作模式为高速、斜率控制或等待。引脚。RS接地，PCA82C250为高速方式：引脚RS串联一只15~200 kΩ的电阻R后再接地，用于控制上升和下降斜率，以减少射频干扰。引脚RS接高电平，PCA82C250处于等待工作方式。此时发送器关闭，接收器处于低电流工作状态，可以对总线上的显性位作出反应。若PCA82C250处于CAN总线的网络终端，总线接口部分必须加一只120Ω的匹配电阻，用以保护PCA82C250避免遭受过流冲击。通用阵列逻辑GAL(Generic-Alray Lbgic)是一种电可擦除的可编程的新型PLD器件，在该系统中主要用于构成译码电路，实现SJAl000的片选。主控电路如图3所示。

3．2 软件实现
    该系统软件功能主要包括数据发送模块、数据显示模块、数据采集模块、数据处理模块、异常处理模块等5部分，如图4所示。其中，数据显示模块主要完成自整角机实时方位数据的显示，显示器为6位，分辨率为0．01密位；数据处理模块主要完成粗、精合成以及纠错功能；数据采集模块主要完成由粗、精SDC通道值的二进制角度编码；数据发送模块主要完成通过CAN总线的数据接收和发送；异常处理模块主要完成系统出现异常后，整个系统可软件复位。

    该系统软件设计主要实现炮塔方位角数据采集、数据处理、数据显示和CAN通信的功能。系统初始化后．先选择同步信号类型(内同步或外同步)，然后开始同时接收两路SDC信号，根据组合算法对两路SDC数据进行组合、纠错，最后通过LED实时显示，并且通过CAN向外部设备实时传送方位角数据。软件流程图如图5所示。

4 结语
    炮塔方位角测试系统是以比C8051F040单片机为核心，实现自整角机和旋转变压器的离线检测，大大提高测试效率。该测试系统具有结构简单，体积小，以及高可靠性等优点。试验证明，检测系统工作稳定，抗干扰能力强，操作方便，精度高。因此，该系统设计合理，具有良好的使用价值。