飞机防滑刹车测试系统设计

　　飞机防滑刹车控制器作为飞机防滑刹车系统的核心部件,其设计好坏直接影响到飞机的安全起飞和安全着陆刹车,系统性能的好坏需要通过测试设备来检验。我国对控制器的研究已有半个多世纪的时间,从机械-气压式到目前的数字式,均取得了良好的效果。而对控制盒测试的研究却处于一片空白,迄今为止仍用人工仪器对控制盒进行性能测试,不仅操作复杂,而且耗用大量的空间和时间。本文设计的刹车测试系统可以弥补此项空白。

　　微机技术的发展、单片机的广泛应用以及便携式电脑的出现,为测试系统的发展提供了良好的硬件平台,高速化、便携式、微型化、低成本、智能化成为测试系统的最大特点。通用串行总线(USB)以其即插即用、速度快、低成本等特点而倍受青睐,逐步取代了传统的RS232通信,广泛应用于各种测试系统中。其中,USB接口的设计方案很多,主要有两种类型：一种是采用MCU和USB接口芯片分离式结构,此类方案的特点是成本和开发难度较低。另一种方案是采用嵌入式结构,即采用带USB接口的MCU或内嵌MCU的USB接口芯片,此类方案的特点是成本高、不适用于简单和低成本的数据采集测试系统。这里采用了第一种方案,实用并且开发周期较短

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　　1 数字式飞机防滑刹车测试系统的组成

　　数字式飞机防滑刹车测试系统的组成如图1所示。图中虚线框内为飞机防滑刹车测试系统的原理框图,测试系统需要向防滑刹车控制器提供模拟机轮速度信号、模拟踏板信号、各种开关信号和各种故障状态,以便模拟实际的刹车状态。测试系统采集控制器输出的阀门电压和参考速度信号,通过USB芯片传输给上位机,由上位机来显示,依此判断控制器的工作状态。

　　2 主要硬件电路的设计

　　2.1 前端信号调理电路

　　前端信号调理电路如图2所示。参考速度信号、阀门电压信号、模拟踏板信号均为直流信号,范围为0～10V,由于DSP的A／D端只能接收0～5V的电平,因此需要进行电平转换。先将输入信号进行跟随,提高输入阻抗,再进行两级反相比例放大。将0～10V的输入电压转换为0～5V的输出电压,末端的两个二极管起限幅作用。

　　2.2 模拟机轮速度信号电路

　　在实际的刹车过程中,机轮速度传感器产生的信号为近似正弦信号,所以利用正弦信号代替机轮速度信号。信号发生电路原理框图如图3所示。AD9850输出的信号经过I／V转换电路转换为电压输出,输出电压经过有效值／直流转换电路输出交流信号的平均值,该值和I／V转换输出的信号做减法运算,得到以0电平为基准的交流信号。再与直流偏置做加法运算,得到一个带直流偏置的正弦信号。经过二阶压控低通滤波后输出峰峰值为0.6～5V可调、直流偏置0～5V可调的正弦信号,此信号可作为机轮速度模拟信号。

　　AD9850为美国ADI公司推出的一款DDS集成芯片,8位并行数据接口D0～D7或者一位串行数据接口D7,在写时钟端W_CLK和频率升降控制端FR_UD的控制下,可直接输入频率、相位等控制数据,最大工作时钟为125MHz,最小工作时钟为1MHz。内有32位累加器、sin／cos表,集成10位D／A电流型输出,采用28脚贴片封装。

　　AD9850接口电路如图4所示,D0～D7口与DSP的数据线D0～D7相连。复位引脚与DSP的PC0口相接,高电平复位,复位时间不低于40ms。FR_UD引脚与DSP的PC1脚相接。WCLK1是地址线经过可编程逻辑器件GAL16V8或逻辑后产生的片选信号。Rset连接3.9kΩ的电阻,设定最大的输出电流为10mA。IOUTB端连接24Ω的电阻,作为电流输出补偿电阻。

　　2.3 USB通信电路设计

　　CH375为国内自主研发的新型USB接口芯片。它支持3.3V和5V供电,支持全速USB设备接口,兼容US-BV2.0;提供一对主端点和一对辅助端点,支持控制传输、批量传输、中断传输;具有省事的内置固件模式和灵 活的外部固件模式。内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议,自动完成标准的USB枚举配置过程,完全不需要本地端控制器做任何处理,简化了单片机的固件编程;通用的8位并行数据总线控制简单,采用4线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输出;通用Windows驱动程序提供设备级接口;体积小,采用SSOP-28封装。

与DSP的接口连接如图5所示。CH375的8位并行接口直接与DSP的数据线低8位相连。／WR和／RD分别与DSP的WR和RD信号相连,DSP的地址线A0与CH375的A0端口相连,作为CH375的命令和数据端口的选择,片选信号是经过可编程逻辑器件GAL16V8进行与逻辑后产生的片选信号。电容C4用于CH375内部电源节点退耦,可选用1000pF～0.01μF的独石或者高频磁片电容。电容C3和C5构成外部电源退耦。晶体Y1、电容C1和C2构成CH375的时钟振荡电路,Y1选用12MHz晶振,Cl和C2选用15pF～30pF的独石或高频磁片电容。中断端口与DSP的外部中断1相接,下降沿有