Конфигурация ПЛИС. 
Измерение уровня заправки жидкостной ракеты

Конфигурирование — это процесс загрузки битовой последовательности, полученной с помощью программного обеспечения проектирования, во внутреннюю конфигурационную память кристаллов. Данные конфигурации при выключенном питании должны храниться во внешнем устройстве статической памяти.

Конфигурация ПЛИС для работы измерительного модуля была спроектирована на схемотехническом уровне. Общий вид конфигурации представлен в Приложении 1. Основными узлами являются:

• — узел формирования управляющих сигналов;
• — узел управления АЦП;
• — узел формирования масштаба;
• — узел синхронизации работы измерительных каналов;
• — цифро-аналоговым преобразователь.

Узел формирования управляющих сигналов предназначен:

• — для управления режимами измерения токов, протекающих через емкостный датчик;
• — для инициирования начала цифро-аналогового преобразования;
• — для формирования временных интервалов, исключающих влияние переходных процессов при переключении режимов измерения;
• — для формирования кода режима работы и передачи его в общую шину данных. запас топливо интегральный программируемый

Структурная схема узла.

Частота 40 МГц от внешнего кварцевого генератора поступает на делитель частоты (Н8) где делится на 40. Далее импульсы частотой 1 МГц поступают на 16-ти разрядный двоичный счетчик, формирующий тактовые импульсы для узла управления режимами измерения и стартовый импульс для начала аналого-цифрового преобразования.

Фильтрация переходных процессов при переключении режимов работы осуществляется благодаря задержке между появлением тактового импульса (разряд 2 шины Q[15;0]) для переключения режима измерения и появлением стартового импульса, запускающего аналого-цифровое преобразование (разряд 14 шины Q[15;0]). Для частоты 1 МГц время задержки составляет 16 мс.

Переключение режимов измерения и формирование кода режима работы происходит циклически в соответствии с табл. 2. Формирование кода режима осуществляется элементом U28 DCADR из комбинации управляющих сигналов на выходах управления аналоговыми ключами, затем код режима поступает на шину данных.

Таблица 2.

Режимы измерения и их коды.

Узел управления аналого-цифровым преобразователем предназначен для управления АЦП, работающего по принципу двойного интегрирования.

Структурная схема узла управления приведена на рисунке 9.

Интегратор АЦП работает в следующих режимах:

• — коррекция 0 (интегрирующий конденсатор разряжается через контакты аналогового ключа);
• — интегрирование входного напряжения;
• — интегрирование опорного напряжения.

Описание сигналов:

• — Start — сигнал запускающий процесс аналого-цифрового преобразования;
• — Korr0 — сигнал, по которому аналоговый ключ разряжает конденсатор интегратора;
• — Fintuin — сигнал по которому на вход АЦП подается измеряемое напряжение;
• — Term_cnt — сигнал переполнения счетчика;
• — Finturef — сигнал по которому на вход АЦП подается опорное напряжение;
• — Fincomp — сигнал от аналогового компаратора о достижении напряжения на выходе интегратора нулевого значения.

Алгоритм работы приведен на рисунке 10.

Рис. 10. Алгоритм работы интегратора АЦП

После каждого аналого-цифрового преобразования в буферный регистр АЦП записывается 14 разрядный цифровой код (далее по тексту именуемый, А — параметр).

В десятичном представлении значения А-параметров могут находиться в диапазоне от 0 до 16 384.

Перечень А-параметров приведен в табл. 3.

Таблица 3.

Параметры, А АЦП.

Узел формирования масштаба предназначен для формирования цифрового кода, который подается на усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Зависимость коэффициента усиления от цифрового кода представлена в табл. 4.

Таблица 4.

Зависимость коэффициента усиления от цифрового кода.

Структурная схема приведена на рисунке 11.

Алгоритм работы представлен на рисунке 12.

В связи с тем, что напряжение на входе АЦП изменяется в широких пределах для повышения точности аналого-цифрового преобразования необходимо его масштабирование. Для схемы АЦП применяемой в МИУ наилучшие результаты получаются, если его входное напряжение находится в диапазоне от 5 до 10 В.

Всего формируется шесть кодов масштаба в соответствии с числом режимов измерения. Каждый код записывается в ОЗУ по уникальному адресу и при переходе к соответствующему режиму измерения передается на общую шину данных.

При измерении Ашэт, А1ш и А2ш коду масштаба принудительно присваивается значение 16.

Узел синхронизации работы измерительных каналов предназначен для исключения одновременного измерения токов, протекающих через одноименные датчики («О» или «Г») основного и дублирующего каналов.

Узел состоит из передающей и приемной части. На выходе передающей части канала «О» формируется логическая 1 при измерении параметров А1 и А1щ2, сигнал на выходе передающей части канала «Г» формируется при измерении параметров А2 и А2щ2, при измерении остальных параметров синхронизирующие сигналы (SYNC) не формируются. Синхронизирующие сигналы поступают на вход приемной части соседнего канала (с основного на дублирующий и с дублирующего на основной).

Алгоритм работы приемной части канала «О» представлен на рисунке 13.

Приемная часть канала «Г» работает по аналогичному алгоритму.

Для исключения нарушения работы измерительных каналов при неисправностях в цепях синхронизации, длительность синхроимпульсов, приходящих с соседнего канала контролируется таймером. Если длительность импульса превышает 60 мс, МИУ переходит в асинхронный режим работы, при восстановлении работоспособности МИУ возвращается в синхронный режим.

Синусоидальное напряжение, подаваемое на датчики уровня заправки, формируется цифро-аналоговым преобразователем, в соответствии с кодами, поступающими с узла функциональная схемы которого приведена на рисунке 14.

Каждый период синусоидального напряжения состоит из 100 дискретных точек с амплитудами, рассчитанными в соответствии с коэффициентами, полученными из формулы:

К = sin (i),.

где (8) i = 0, 3,6…360^о

Значения кодов в десятичной системе счисления, подаваемых на ЦАП рассчитываются по формуле:

А = 2048х (1+К),.

где (9).

А — код в десятичной системе счисления;

2048 — код, при котором выходное напряжение ЦАП равно половине его полной шкалы;

К — коэффициент, рассчитанный в соответствии с (8).

Узел обеспечивает работу генератора в трех режимах:

• — формирование синусоидального напряжения частотой 5 кГц;
• — формирование синусоидального напряжения частотой 1,25 кГц;
• — блокирование работы генератора (напряжение на выходе генератора отсутствует).

Тактовая частота поступает на вход схемы управления, а затем на вход «С» двоичного счетчика. Значения тактовой частоты на входе «С» составляют 0,5 и 0,125 МГц для частот синусоидального напряжения 5 и 1,25 кГц соответственно.

Переключение частоты осуществляется подачей логической 1 на вход F1/F2 (при наличии логической 1 частота синусоидального напряжения составляет 1,25 кГц).

Блокирование работы счетчика осуществляется подачей логической единицы на вход «CLR» схемы управления. При подаче этого сигнала схема управления вырабатывает сигналы «СЕ» (запрет работы счетчика) и «CLR» (обнуление), приводящие счетчик и буферный регистр в исходное состояние и блокирующие их работу.

Сформированный код записывается в буферный регистр, где хранится до записи следующего кода.

Данные, полученные в каждом цикле измерения, поступают на шину данных и записываются в двухпортовое ОЗУ. В двухпортовом ОЗУ «имеются два набора адресных, информационных и управляющих сигнальных шин, каждый из которых обеспечивает доступ к общему массиву» [13] запоминающих элементов.

Такое построение позволяет организовать асинхронную работу МИУ и модуля контроллера, а так же избежать считывания недостоверных данных из ОЗУ.

Шина данных (рис. 15) содержит два 16 разрядных слова DIL и DIH. Адреса ОЗУ, по которому хранятся данные, задается комбинацией бит: биты Адрес, Бит канала 2 и Бит канала 3.

Адреса, по которым хранятся данные в двухпортовом ОЗУ, приведены в табл. 5.

Таблица 5.

Адреса данных в двухпортовом ОЗУ.