2.4本章小结
本章从弹体飞行时间测量系统的主要技术指标出发,分析了该系统的这些指标要求,并且参照脉冲计时法提出了弹体飞行时间测量的总体思路。在测时原理的基础上设计除了弹体飞行时间测量的工作流程,并结合图表强调了该系统实现的基本思路。接着以此为基础提出了主机系统和从机系统的概念,而且结合流程图作了具体的内容,明确指出了主机系统和从机系统分别包含哪些子系统。通过对该系统的逐步深入,在系统总体功能的基础之上,对各主机子系统所要实现的子功能逐一进行了目标分解。于是对各个子系统的功能实现和分配的认识也提升到新的高度,从而为后面电路及软件的设计确立了明确的目标。
3. 主机系统硬件电路设计
3.1 主机系统硬件电路概述
如前所述,主机系统主要包括靶信号处理子系统、主机单片机子系统、无线模块收发子系统、显示子系统以及电源子系统。其中,靶信号处理子系统将靶信号处理成标准脉冲;主机单片机子系统计时的重要部分,同时承担着数据处理的工作;无线模块子系统不仅可以发送主机对从机的计数信号,还能使主机接收到从机的最终计数结果;显示子系统则可以实现结果显示功能;电源子系统为整个测试系统的工作提供稳定的供电。
3.2 靶信号处理电路
靶信号电路对区截装置中出来的靶信号进行处理,将其整形为标准的脉冲信号。
本课题的区截装置采用靶场现有靶,该区截装置会产生形状规则的脉冲信号,但是有可能会产生脉冲抖动,且靶信号输出幅值在3V至12V之间,即脉冲信号的幅值不尽一致[15]。因此,首先需要将脉冲幅值统一为标准脉冲。具体说明见图3.1所示。
图3.1 靶信号防抖动效果示意图
要得到标准的脉冲,可以考虑运用比较器。将比较器的标准电压设为3V,只要靶信号的电压值大于3V且其抖动区域不超过比较器的最大值,均可以将抖动靶信号转化为标准脉冲。靶信号处理电路如图3.2所示。
靶信号经比较器LM311比较后,理论来说会产生高低电平分明的脉冲,但是实际上有可能会介于高电平和低电平的模糊界限,因此在本课题中添加一个+5V的电平来抬高比较之后的电平[16],使得该脉冲高低分明。于是靶信号经过比较之后可以作为标准脉冲送给下一级电路。
图3.2 靶信号处理电路图
在电路说明的同时,有必要对本电路的元器件选择进行说明:
该电路是比较器的选择,LM311比较器价格便宜,运行在较宽的电源电压范围±15V,因此该比较器完全满足本课题需要。
3.3单片机电路设计
主机单片机是整个系统能够正常工作的重要部分,需要对从机发出计数的控制,同时自身也在计数,而且还参与着测试系统的复位、自检等功能的实现。
其中单片机计数的中断需要外部中断信号,因此要将标准脉冲转换成能够触发中断的电平信号。脉冲转换为电平的电路如图12.3所示。
 图3.3 电平转换电路图
该D触发器属于上升沿触发,当时钟信号(靶信号处理之后的标准脉冲)的上升沿到来之后,D触发器的输出值Q会变化。其变化公式为:
 =D                            (3.1)
即Q值将变为输入值VCC。而由于系统刚开始的清零操作会使得D触发器的Q值变零,经靶信号之后,会如前面所说的那样Q值变成高电平,整个过程会产生一个上升沿。该上升沿会作为时钟信号触发第二个D触发器,于是最后的输出结果将为高电平。由于本课题采用的单片机属于低电平中断触发,因此需要使用反相器将高电平转换成低电平。最终脉冲信号经过转换电路之后会成为单片机计时的中断信号[17]。
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