基于MSC1210的弹载存储记录装置设计
2018-10-11屈澳林
屈澳林
（中山职业技术学院，广东中山 528404）
0 引言
弹载存储记录装置作为一种数据采集和记录装置，在武器系统中，尤其是引信动态性能测试和试验中得到了广泛的应用。通过遥测来记录弹丸飞行数据的装置和采用通用装置来实现弹载存储记录的装置，虽然可以适应一定环境下的测量，但随着引信功能的扩展和体积的缩小，这样的装置越来越不能满足引信测试的要求。目前弹载存储记录装置正朝着小体积、高可靠性、高精度、多通道的方向发展。
1 MSC1210芯片的特点
MSC1210芯片集成了大量的模拟和数字外围器件，具有很强的数据处理能力。它具有以下特点[1-3]：硬件设计简单，节省时间；采集的数据精度高，可达24位；集成度高，体积小，功耗低；抗干扰能力强，抗过载能力高，可靠性好；采集路数更多，最多可8路数据同时进行采集和记录；芯片处理速度高（8.25MIPS）；可编程增益放大（PGA）可调整测量范围；带可编程电源管理模块，空闲方式下电流小于1 mA；停止方式下电流小于1μA。
2 弹载存储记录装置的特点及技术要求[3][4]
以炮射末制导炮弹飞行环境检测为背景，介绍MSC1210芯片在弹载存储记录装置中的应用。炮射末制导炮弹为低转速炮弹，弹丸微旋（6～10 r/s），离心过载很小，最大发射过载为15 000 g。炮弹飞行环境的检测主要为引信安全系统的设计提供基础数据。由于武器系统的测试装置经常要经受高冲击过载的作用，因此要求弹载存储记录装置的体积要小、抗高过载能力和抗强干扰能力要强[4-5]。
3 弹载存储记录装置的设计
3.1 弹载存储记录装置组成框图及分析
该装置采用现场实时数据采集存储和离线处理的方法对弹丸的飞行环境进行测试，即在测试过程中不进行人工干预。发射时电源被激活，数据采集记录装置开始工作，待测试完成，对装置进行回收，然后通过接口电路将存储在装置中的采集数据上传到计算机中再进行处理和分析。系统设计的重点在于：在保证实时数据采集的情况下尽量对装置进行集成以减小体积和功耗，增强装置在高冲击过载环境下工作的可靠性[6-7]。系统框图如图1所示。
图1 弹载存储记录装置框图
3.2 系统原理图及分析
弹载存储记录装置电路简化原理图如图2所示，整个装置由传感器、单片机MSC1210、非易失性SRAM、电源组成。为了减小装置体积和降低功耗，所有器件均选用表面贴封装的元件。传感器可选择体积小、耐冲击的微机电加速度传感器。DS1230Y就可以恢复正常操作。
整个装置电路布局采用了高度集成技术、模块化设计和电磁屏蔽技术，提高了装置的可靠性和抗干扰能力[8]。
3.3 软件设计
系统软件主要由主程序、中断子程序、采集子程序和通讯子程序组成。其中主程序主要完成系统初始化操作，使系统处于低功耗等待状态，并在适当的时候启动装置工作。中断子程序用于启动装置进入正常的工作状态，即进行数据的采集或数据的回收传输工作。数据采集子程序完成数据的采集和存储工作。通讯子程序完成对所采集数据的回收处理工作，它包括两部分组成：其中一部分是将数据采集装置中的数据发送给计算机的程序；另一部分是计算机中的数据接受程序。系统主程序和中断子程序流程如图3、4所示。
图2 弹载存储记录装置电路简化原理图
单片机MSC1210芯片内的低电压检测和掉电锁定复位电路省去了传统的外部电路。MSC1210芯片内部集成的8路24位A/D采样电路不仅使数据采集系统的精度非常高，更是简化了系统的硬件设计。中间用一块军用锁存器54LS373作为片外存储器的低8位地址锁存器。
数据存储器采用具有当代先进技术水平的军用非易失性SRAM芯片DS1230Y，它除了读、写操作与SRAM完全相同之外，还具有数据保持工作方式。它采用先进的电源切换技术，当电源电压跌落到容限值以下时就自动进行写保护。这时所有的输入信号都无效，所有输出线都为高阻状态。当电源电压跌落到3 V以下时，芯片内的电源开关电路自动切换到片内锂电池给芯片供电；实现了数据的快速存储和断电数据保护功能。当电源恢复时，数据储存器
为了提高整个装置的抗干扰能力，采用了多级触发方式工作，以防止干扰信号误触发程序运行。系统中设置了3个触发开关。触发开关1使系统从低功耗等待状态进入正常工作状态，准备数据采集；触发开关2为数据回放开关，用于系统回收后的数据读出启动；触发开关3为数据采集触发开关，用于启动数据采集。
在软件设计中使用了停机模式，这种工作方式由MSC1210中的一个电源控制寄存器PCON（87H）控制。在程序启动前和数据采集完毕后将相应位（PCON.0）置位，则进入停机模式[8]。在该模式下，只有使用外部中断0和外部中断1才能再次激活程序。这样也进一步降低了整个装置的功耗，提高了装置的抗干扰性能，提高了装置的可靠性。
图3 主程序流程图
4 结论
给出了一种弹载存储记录装置的设计方案，该方案在炮射末制导炮弹飞行环境测试中，采用微机电加速度传感器检测弹丸的离心加速度和前冲加速度，为引信安全系统的设计提供弹道参数，或对引信的性能进行测试。另外该装置只要增加其他的传感器和对程序稍作修改就可进行更多参数的采集记录，最多可同时采集记录8个参数的数据。
该弹载存储记录装置利用MSC1210芯片的优越性能，简化了软硬件设计，缩小了体积，提高了系统的可靠性。它能够承受高冲击过载，可用于各种口径弹的飞行环境信息的检测。
