0 引言
“實時控制”是指計算機對外部信息以足夠快的速度進行處理,、并作出反應的一種控制,。在實時控制系統(tǒng)中，通常把各種支持電路統(tǒng)稱為接口電路,，即控制接口電路,，從受控過程的角度而言，所謂計算機控制實際上就是接口控制,，即接口控制著整個系統(tǒng),。所以，應用計算機進行實時控制的硬件設計就是控制接口的設計，所設計的控制接口的性能直接影響著整個實時控制系統(tǒng)的性能,。所以控制接口的設計在計算機實時控制系統(tǒng)的設計中占有十分重要的地位,，它把并不面向實時控制的通用計算機改造成面向實時控制的計算機系統(tǒng)，在受控對象和通用計算機之間起著一個雙向匹配器的作用,。一個設計完好的控制接口,，不但會方便軟件設計，為控制軟件功能的實施提供強有力的硬件支持,，而且還能確保整個系統(tǒng)安全可靠地運行,。
下面以某實時控制系統(tǒng)為例，來闡述其控制接口的設計,。
1 系統(tǒng)的功能及組成
1．1 系統(tǒng)功能
·在引導狀態(tài),，控制雷達天線實現對目標的搜索；
·在跟蹤狀態(tài),，控制雷達天線實現對目標的手控及全自動跟蹤,；
·控制發(fā)射架與天線同步轉動；
·實施發(fā)射控制,。
1．2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)主要由主計算機(簡稱主機)和付計算機(簡稱付機)及控制接口電路組成,，主機主要完成對天線的引導控制，付機主要完成對天線的手控跟蹤,、自動跟蹤,、全自動跟蹤和對發(fā)射架的控制。
·主機與付機通過8255并行通訊口,，實施應答式通訊,，完成主機與付機的數據交換。
·付機通過8251串行通訊口,，完成對天線的實時控制,。
·付機通過8255并行通訊口，控制交流D／A變換器形成控制電壓,，完成對發(fā)射架的控制,。
2 引導控制接口電路設計
該系統(tǒng)在引導狀態(tài)下可控制天線粗略地跟蹤目標或用搜索的方式發(fā)現目標。
圖1為ε平面的引導控制接口電路,。
2．1 “引導”和“允許手控”控制信號的建立和清除
圖1中,，D6、D7(54LS373)分別為輸入,、輸出接口芯片,，構成控制接口電路與計算機的輸入、輸出通道,。136接收并鎖存標志系統(tǒng)狀態(tài)的開關信號,，供計算機實時讀取,，以控制系統(tǒng)進入相應的工作狀態(tài),；D7則輸出系統(tǒng)的狀態(tài)信息給控制接口電路,。
系統(tǒng)設定開機的初始狀態(tài)為引導狀態(tài)，此時D7的輸出狀態(tài)量“引導斷開”信號為低電平,，從而保證了無論手輪拉出或推入都會在D3A(54LS00)的輸出端形成“引導”狀態(tài)量送往計算機,，只是當手輪拉出時，微動開關K1斷開,，K1的2點被電阻R5拉成低電平,，故沒有“允許手控”信號形成，只有當手輪推入時,，微動開關K1閉合,，“允許手控”信號形成，并通過D6送往主機,，并通過付機通知跟蹤組合可隨時控制系統(tǒng)進入跟蹤狀態(tài),。
手輪推入為“允許手控”信號的建立時刻，它的建立不應清除先前建立的“引導”信號,，即此時系統(tǒng)仍工作在“引導”狀態(tài),。
當輸出接口芯片D7(54LS373)的輸出狀態(tài)量“引導斷開”信號變高時，說明跟蹤組合已進入了跟蹤狀態(tài),，此時D3A(54LS00)的輸出端變低,，即“引導”信號被清除，使系統(tǒng)脫離“引導”狀態(tài),。
在“跟蹤”狀態(tài)下再次進入“引導”狀態(tài)時,，只需將手輪拉出，這時,，送入計算機的“引導”信號變高,，從而控制系統(tǒng)再次進入“引導”狀態(tài)。
2．2 引導控制脈沖的產生
在引導狀態(tài)下,，轉動ε,、R、β引導手輪(圖中只畫出了ε平面),，便可實現對天線的位置控制,。引導手輪轉動時，帶動減速機構和各自的光電碼盤轉動,，光電碼盤輸出的光電脈沖,，經整形電路、方向判別電路的處理,，完成對光電脈沖的整形和方向的判別,，即當手輪正轉時,，輸出正轉脈沖，反轉時輸出反轉脈沖,。ε,、R、β三個平面的正,、反轉脈沖分別送到可編程接口芯片8253,，8253是一種通用的計數器／定時器，它具有三個功能完全相同的計數器和一個控制寄存器,。所以譯碼器D9(54LS138)需分配四個口地址給一片8253芯片,。三個引導手輪產生的六路脈沖分別送到兩片8253的六個計數器的輸入端(圖中只畫出了ε平面即一片8253)，系統(tǒng)初始化時,，計算機通過程序將8253置為外部事件計數器,，并給每個計數器賦以計數初值，工作時,，六個計數器分別對六路脈沖進行遞減計數,，計算機用閂鎖操作的方式讀人正在計數狀態(tài)的計數值，形成ε,、R,、β平面坐標位置的控制量。
2．3 “搜索”控制信號的建立和清除
系統(tǒng)在引導狀態(tài),，可用“搜索”的方式控制天線發(fā)現目標,。由圖1可見，搜索狀態(tài)量的建立是通過按鈕S1和觸發(fā)器D1A(54S74)完成的,，54S74是兩個獨立的正沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器,，每個觸發(fā)器都有獨立的直接置位、直接復位的功能,。為了信號的可靠傳輸,，我們將54S74接成直接置位、直接復位的工作方式,，它的輸入端接收開關或按鈕的動作,，當置位條件滿足時，其輸出端便建立起相應的狀態(tài)量,，并通過接口芯片D6(54LS373)送入計算機,，從而控制天線進行搜索。D1A(54S74)的復位端(第1腳)接有由或非門D2A(54LS25)構成的狀態(tài)量清除電路,，當系統(tǒng)“復位”時,，或按下“搜索停止”時，均可使觸發(fā)器D1A(54S74)復位,，以清除先前建立的“搜索”狀態(tài)量,。
3 跟蹤控制接口電路設計
3．1 跟蹤控制信號的建立和清除
系統(tǒng)在引導狀態(tài)下,，當雷達天線發(fā)現目標后，可分別將引導組合的ε,、R,、β引導手輪推入，產生三個平面的“允許手控”指令,，經由主機,、付機從而控制天線進入跟蹤狀態(tài)。在跟蹤狀態(tài),，ε、R,、β三個平面均有“手控”“自動”,、“天線自動”三種工作方式，其跟蹤精度依次而高,。圖2為ε平面跟蹤控制電路圖,。由圖可見，“允許手控”,、“手控”,、“自動”、“天線自動”這四個控制信號組成一個有序的狀態(tài)量鏈條,，它們的建立必須依從以下的順序依次建立,，而不能超越。
允許手控→手控→自動→天線自動．
其中,，“允許手控”是基礎,，當將引導手輪拉出時，上述鏈條立即失效,，系統(tǒng)又回到引導狀態(tài),。
由圖2可見，當按下“手控”按鈕S1時,，可建立“手控”控制信號,，控制系統(tǒng)由“引導”狀態(tài)進入“手控”狀態(tài)，或由“自動”,、“天線自動”狀態(tài)回到“手控”狀態(tài),。
當按下“自動”按鈕S2時，可建立“自動”控制信號,，控制系統(tǒng)由“手控”狀態(tài)進入“自動”狀態(tài),。
當按下“天線自動”按鈕S3時，可建立“天線自動”控制信號,，控制系統(tǒng)由“自動”狀態(tài)進入“天線自動”狀態(tài),。它并不清除先前建立的“自動”控制信號,。
當按下“天線自動斷開”按鈕S4時，可控制天線由“天線自動”狀態(tài)回到“自動”狀態(tài),。
3．2 跟蹤控制脈沖的產生
在“手控”和“自動”工作狀態(tài),，系統(tǒng)對天線的控制是通過轉動跟蹤操縱臺上的兩個模球從而控制天線對目標進行跟蹤的。其中的一個模球控制ε／R兩個平面,，即當其水平方向轉動時,，可產生ε平面的控制脈沖，當其垂直方向轉動時,，可產生R平面的控制脈沖,；另一個模球則控制盧平面。圖2僅畫出了ε平面的模球示意圖,。
模球是一個在任意方向都可以轉動的球體,，緊挨著球體，裝有兩個互成90度的磨擦輪,，當球體轉動時,，磨擦輪將其分解為X、Y兩個向量,，兩個磨擦輪分別帶動一個光碼盤,，模球轉動時，光碼盤輸出脈沖,，其脈沖個數比例于模球在本方向上的轉角,，可見，一個模球可以同時控制兩個座標,。由于機械裝配的保證,，模球轉動時，兩個光碼盤分別輸出A,、B兩組脈沖,，兩組脈沖在相位上相差90度，用此相位差可判別手輪轉動的方向,。光碼盤輸出的控制脈沖經過整形判別電路之后產生正轉脈沖和反轉脈沖,，分別送到可編程接口芯片8253進行計數，其計數值被計算機實時讀取,，經處理后控制天線運動,。
4 發(fā)射控制接口電路設計
4．1 發(fā)射控制信號的產生
當天線和發(fā)射架處于同步狀態(tài)時，可以擇機進行發(fā)射,。
發(fā)射控制接口電路見圖3,。
由圖3可見，允許發(fā)射電路由D1(54LS00),、D2(54LS32)構成,，當發(fā)射架送來“準備好”信號,，且發(fā)射架不在低空限制區(qū)域，發(fā)射時間在發(fā)射間隔之外時,，按下“發(fā)射”按鈕,，即有“發(fā)射”信號在觸發(fā)器D4A(54S74)的輸出端形成并通過輸入接口芯片D5(54LS373)送計算機(付機)，經處理后控制發(fā)射架發(fā)射,。
4．2 發(fā)射狀態(tài)的恢復
由圖3可見,，發(fā)射狀態(tài)的恢復電路由D3A、D3B(54LS04)和D6A(54LS25)組成,。其恢復邏輯如下：
5 結束語
用于實時控制系統(tǒng)的接口電路要求具有高度的合理性,、可靠性和可維性。在滿足性能的前提下,，要盡可能的簡單,、實用。要精心設計,，反復試驗，才不致于造成不應有的損失和遺憾,。