基于FPGA控制的通用地面测试设备自检装置设计

基于FPGA控制的通用地面测试设备自检装置设计

严欢欢 胡晓将 陈瑶 杨瑾

贵州航天风华精密设备有限公司 贵州贵阳 550025

摘要：本文基于FPGA的控制方式设计了一款自检装置，主要用于模拟飞行器状态与地面测试设备对接，供地面测试设备自检。硬件部分由主控模块、通信模块、I/O模块组成，通过拨码开关切换不同型号硬件电路，具有较强扩展性与通用性，有效改变地面测试设备配套的专用自检装置现状。

关键词：通用化；FPGA；自检装置；

引言

一直以来，鉴于飞行器型号的差异性和测试的严谨性，飞行器与其地面测试设备是配套使用的。为避免损伤飞行器，在进行实体测试前，需用自检装置模拟飞行器与地面测试设备对接，完成测试设备自检[1]。随着飞行器研制技术的飞速发展，自检装置不仅要对飞行器各部分电气接口、工作状态、数据处理、控制方式等进行更加真实准确的模拟，还要适用于模拟不同的飞行器型号[2]。自检装置内部嵌入数字信号处理器（DSP），实现与地面测试设备之间的信号交联，同时进行自身内部信号处理[3]。FPGA具有强大的并行处理能力，在信号模拟和时序控制等方面比DSP更具优势。因此，本文基于FPGA的内核控制方式进行自检装置设计。

1 工作原理

自检装置用于模拟飞行器实际工作状态，根据地面测试设备的激励信号和要求，产生相应的响应信号提供给地面测试设备，供地面测试设备进行自检。硬件电路部分主要由主控模块、通信模块与I/O模块组成。以主控模块为控制核心，利用FPGA完成对整个硬件系统的逻辑控制和数据处理。通信模块和I/O模块与地面测试设备进行交联，模拟飞行器的真实状态，来检测地面测试设备低频功能、硬件通道、软件逻辑是否正常。

2 硬件电路设计

2.1 主控模块电路设计

主控模块由FPGA芯片及其外围电路组成，是自检装置的核心控制部分，负责系统状态及数据的处理，通过I/O模块采集外部状态，模拟飞行器工作时序。FPGA芯片型号为EQ6HL45_CSG225，由核心板加扩展板组成。核心板有源晶振为50MHz，输出连接到FPGA的时钟输入管脚，用来驱动FPGA内的用户逻辑电路。同时预留了JTAG的测试座J1，用来单独进行JTAG下载和调试。Flash封装在芯片内部，可存储FPGA系统启动文件及程序固化。模拟不同飞行器状态时，通过拨动拨码开关实现相应硬件电路切换。外围电路如图1所示。

图1 FPGA芯片外围电路

2.2 通信模块电路设计

通信模块主要进行弹空地/遥测通信模拟，能够实现地面通信命令码的匹配与相应数据的应答。各通信方式的波特率、停止位、数据位、奇偶校验均可通过FPGA软件进行配置。RS422通信模拟能够兼容同步和异步的通信模式，异步通讯的波特率以及数据帧格式可配置，配置信息存储与配置表单中；RS485通信模拟采用了多通道设计用于兼容RS485A与RS485B两种通信模式，发送数据以及相关参数都可以由用户自由配置；CAN通信模拟主要对接地面测试设备调试所需CAN接口。以太网通信模拟设计两路符合UDP协议的百兆以太网通信，与地面测试设备的以太网数量一致，用来模拟一体化机箱的以太网通信。

图2 通信模块模拟电路

2.3 I/O模块电路设计

I/O模块用于状态量检测与采集，主要由光电隔离器件与外围限流电阻组成，可有效地实现外部模拟信号与内部数字信号的光电隔离，从而保护内部电路及主控芯片的安全。状态信息的输入检测包含了转电、脱落、解除、火工品发动机安全电路控制信号等，通过光耦实现电平转换，转换为FPGA芯片I/O口适应的电平值，送FPGA芯片进行判断，判断信息通过串口通信回传地面。检测电路如图3所示。

图3 状态信息输入与检测

3 总结

本文所设计的自检装置采用基于FPGA的核心控制方式，充分发挥了FPGA芯片强大的信号并行处理与时钟约束分配能力；通过拨码开关切换不同功能硬件电路，搭配相应FPGA软件可实现多型号飞行器模拟，通用性极强；将各功能模块集成为硬件板卡，避免了复杂的布线，满足小型化、便携式的需求。

参考文献

[1]李尚生.导弹模拟器研究现状与关键技术[J].兵工自动化,2017(6):1-4.

[2]路月昌.面向测试的导弹通用信号模拟器研制[D].哈尔滨工业大学,2021.

[3]张志峰.导弹模拟器通用开发平台研制[D].哈尔滨工业大学,2013.