0 引言
“實(shí)時(shí)控制”是指計(jì)算機(jī)對外部信息以足夠快的速度進(jìn)行處理,、并作出反應(yīng)的一種控制,。在實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)控制實(shí)際上就是接口控制,，即接口控制著整個(gè)系統(tǒng),。所以，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的硬件設(shè)計(jì)就是控制接口的設(shè)計(jì),，所設(shè)計(jì)的控制接口的性能直接影響著整個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的性能,。所以控制接口的設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位，它把并不面向?qū)崟r(shí)控制的通用計(jì)算機(jī)改造成面向?qū)崟r(shí)控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，在受控對象和通用計(jì)算機(jī)之間起著一個(gè)雙向匹配器的作用,。一個(gè)設(shè)計(jì)完好的控制接口，不但會(huì)方便軟件設(shè)計(jì),，為控制軟件功能的實(shí)施提供強(qiáng)有力的硬件支持,，而且還能確保整個(gè)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。
下面以某實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)為例,，來闡述其控制接口的設(shè)計(jì),。
1 系統(tǒng)的功能及組成
1．1 系統(tǒng)功能
·在引導(dǎo)狀態(tài)，控制雷達(dá)天線實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的搜索,；
·在跟蹤狀態(tài),，控制雷達(dá)天線實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的手控及全自動(dòng)跟蹤,；
·控制發(fā)射架與天線同步轉(zhuǎn)動(dòng),；
·實(shí)施發(fā)射控制。
1．2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)主要由主計(jì)算機(jī)(簡稱主機(jī))和付計(jì)算機(jī)(簡稱付機(jī))及控制接口電路組成,，主機(jī)主要完成對天線的引導(dǎo)控制,，付機(jī)主要完成對天線的手控跟蹤、自動(dòng)跟蹤,、全自動(dòng)跟蹤和對發(fā)射架的控制,。
·主機(jī)與付機(jī)通過8255并行通訊口，實(shí)施應(yīng)答式通訊,，完成主機(jī)與付機(jī)的數(shù)據(jù)交換,。
·付機(jī)通過8251串行通訊口，完成對天線的實(shí)時(shí)控制,。
·付機(jī)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(dǎo)控制接口電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)在引導(dǎo)狀態(tài)下可控制天線粗略地跟蹤目標(biāo)或用搜索的方式發(fā)現(xiàn)目標(biāo),。
圖1為ε平面的引導(dǎo)控制接口電路,。
2．1 “引導(dǎo)”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(gòu)成控制接口電路與計(jì)算機(jī)的輸入,、輸出通道,。136接收并鎖存標(biāo)志系統(tǒng)狀態(tài)的開關(guān)信號，供計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)讀取,，以控制系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)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(shè)定開機(jī)的初始狀態(tài)為引導(dǎo)狀態(tài),，此時(shí)D7的輸出狀態(tài)量“引導(dǎo)斷開”信號為低電平,，從而保證了無論手輪拉出或推入都會(huì)在D3A(54LS00)的輸出端形成“引導(dǎo)”狀態(tài)量送往計(jì)算機(jī)，只是當(dāng)手輪拉出時(shí),，微動(dòng)開關(guān)K1斷開,，K1的2點(diǎn)被電阻R5拉成低電平，故沒有“允許手控”信號形成,，只有當(dāng)手輪推入時(shí),，微動(dòng)開關(guān)K1閉合，“允許手控”信號形成,，并通過D6送往主機(jī),，并通過付機(jī)通知跟蹤組合可隨時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。
手輪推入為“允許手控”信號的建立時(shí)刻,，它的建立不應(yīng)清除先前建立的“引導(dǎo)”信號,，即此時(shí)系統(tǒng)仍工作在“引導(dǎo)”狀態(tài)。
當(dāng)輸出接口芯片D7(54LS373)的輸出狀態(tài)量“引導(dǎo)斷開”信號變高時(shí),，說明跟蹤組合已進(jìn)入了跟蹤狀態(tài),，此時(shí)D3A(54LS00)的輸出端變低，即“引導(dǎo)”信號被清除,，使系統(tǒng)脫離“引導(dǎo)”狀態(tài),。
在“跟蹤”狀態(tài)下再次進(jìn)入“引導(dǎo)”狀態(tài)時(shí)，只需將手輪拉出,，這時(shí),，送入計(jì)算機(jī)的“引導(dǎo)”信號變高，從而控制系統(tǒng)再次進(jìn)入“引導(dǎo)”狀態(tài),。
2．2 引導(dǎo)控制脈沖的產(chǎn)生
在引導(dǎo)狀態(tài)下,，轉(zhuǎn)動(dòng)ε、R,、β引導(dǎo)手輪(圖中只畫出了ε平面),，便可實(shí)現(xiàn)對天線的位置控制,。引導(dǎo)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)減速機(jī)構(gòu)和各自的光電碼盤轉(zhuǎn)動(dòng),，光電碼盤輸出的光電脈沖,，經(jīng)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(dāng)手輪正轉(zhuǎn)時(shí)，輸出正轉(zhuǎn)脈沖,，反轉(zhuǎn)時(shí)輸出反轉(zhuǎn)脈沖,。ε、R,、β三個(gè)平面的正,、反轉(zhuǎn)脈沖分別送到可編程接口芯片8253，8253是一種通用的計(jì)數(shù)器／定時(shí)器,，它具有三個(gè)功能完全相同的計(jì)數(shù)器和一個(gè)控制寄存器,。所以譯碼器D9(54LS138)需分配四個(gè)口地址給一片8253芯片。三個(gè)引導(dǎo)手輪產(chǎn)生的六路脈沖分別送到兩片8253的六個(gè)計(jì)數(shù)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(shí),，計(jì)算機(jī)通過程序?qū)?253置為外部事件計(jì)數(shù)器，并給每個(gè)計(jì)數(shù)器賦以計(jì)數(shù)初值,，工作時(shí),，六個(gè)計(jì)數(shù)器分別對六路脈沖進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，計(jì)算機(jī)用閂鎖操作的方式讀人正在計(jì)數(shù)狀態(tài)的計(jì)數(shù)值,，形成ε,、R、β平面坐標(biāo)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(dǎo)狀態(tài),，可用“搜索”的方式控制天線發(fā)現(xiàn)目標(biāo),。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(gè)獨(dú)立的正沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器,，每個(gè)觸發(fā)器都有獨(dú)立的直接置位,、直接復(fù)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(fù)位的工作方式，它的輸入端接收開關(guān)或按鈕的動(dòng)作,，當(dāng)置位條件滿足時(shí),，其輸出端便建立起相應(yīng)的狀態(tài)量,，并通過接口芯片D6(54LS373)送入計(jì)算機(jī)，從而控制天線進(jìn)行搜索,。D1A(54S74)的復(fù)位端(第1腳)接有由或非門D2A(54LS25)構(gòu)成的狀態(tài)量清除電路,，當(dāng)系統(tǒng)“復(fù)位”時(shí)，或按下“搜索停止”時(shí),，均可使觸發(fā)器D1A(54S74)復(fù)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(shè)計(jì)
3．1 跟蹤控制信號的建立和清除
系統(tǒng)在引導(dǎo)狀態(tài)下,，當(dāng)雷達(dá)天線發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,，可分別將引導(dǎo)組合的ε、R,、β引導(dǎo)手輪推入,，產(chǎn)生三個(gè)平面的“允許手控”指令，經(jīng)由主機(jī),、付機(jī)從而控制天線進(jìn)入跟蹤狀態(tài),。在跟蹤狀態(tài)，ε,、R,、β三個(gè)平面均有“手控”“自動(dòng)”、“天線自動(dòng)”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(dòng)”,、“天線自動(dòng)”這四個(gè)控制信號組成一個(gè)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(dòng)→天線自動(dòng)．
其中,，“允許手控”是基礎(chǔ)，當(dāng)將引導(dǎo)手輪拉出時(shí),，上述鏈條立即失效,，系統(tǒng)又回到引導(dǎo)狀態(tài)。
由圖2可見,，當(dāng)按下“手控”按鈕S1時(shí),，可建立“手控”控制信號，控制系統(tǒng)由“引導(dǎo)”狀態(tài)進(jìn)入“手控”狀態(tài),，或由“自動(dòng)”,、“天線自動(dòng)”狀態(tài)回到“手控”狀態(tài),。
當(dāng)按下“自動(dòng)”按鈕S2時(shí)，可建立“自動(dòng)”控制信號,，控制系統(tǒng)由“手控”狀態(tài)進(jìn)入“自動(dòng)”狀態(tài),。
當(dāng)按下“天線自動(dòng)”按鈕S3時(shí)，可建立“天線自動(dòng)”控制信號,，控制系統(tǒng)由“自動(dòng)”狀態(tài)進(jìn)入“天線自動(dòng)”狀態(tài),。它并不清除先前建立的“自動(dòng)”控制信號。
當(dāng)按下“天線自動(dòng)斷開”按鈕S4時(shí),，可控制天線由“天線自動(dòng)”狀態(tài)回到“自動(dòng)”狀態(tài),。
3．2 跟蹤控制脈沖的產(chǎn)生
在“手控”和“自動(dòng)”工作狀態(tài)，系統(tǒng)對天線的控制是通過轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤操縱臺(tái)上的兩個(gè)模球從而控制天線對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的,。其中的一個(gè)模球控制ε／R兩個(gè)平面,，即當(dāng)其水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可產(chǎn)生ε平面的控制脈沖,，當(dāng)其垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，可產(chǎn)生R平面的控制脈沖；另一個(gè)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(gè)在任意方向都可以轉(zhuǎn)動(dòng)的球體，緊挨著球體,，裝有兩個(gè)互成90度的磨擦輪,，當(dāng)球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磨擦輪將其分解為X,、Y兩個(gè)向量,，兩個(gè)磨擦輪分別帶動(dòng)一個(gè)光碼盤，模球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，光碼盤輸出脈沖,，其脈沖個(gè)數(shù)比例于模球在本方向上的轉(zhuǎn)角，可見,，一個(gè)模球可以同時(shí)控制兩個(gè)座標(biāo),。由于機(jī)械裝配的保證，模球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，兩個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)的方向。光碼盤輸出的控制脈沖經(jīng)過整形判別電路之后產(chǎn)生正轉(zhuǎn)脈沖和反轉(zhuǎn)脈沖,，分別送到可編程接口芯片8253進(jìn)行計(jì)數(shù),，其計(jì)數(shù)值被計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)讀取,，經(jīng)處理后控制天線運(yùn)動(dòng)。
4 發(fā)射控制接口電路設(shè)計(jì)
4．1 發(fā)射控制信號的產(chǎn)生
當(dāng)天線和發(fā)射架處于同步狀態(tài)時(shí),，可以擇機(jī)進(jìn)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(gòu)成，當(dāng)發(fā)射架送來“準(zhǔn)備好”信號,，且發(fā)射架不在低空限制區(qū)域,，發(fā)射時(shí)間在發(fā)射間隔之外時(shí)，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(jì)算機(jī)(付機(jī)),，經(jīng)處理后控制發(fā)射架發(fā)射。
4．2 發(fā)射狀態(tài)的恢復(fù)
由圖3可見,，發(fā)射狀態(tài)的恢復(fù)電路由D3A,、D3B(54LS04)和D6A(54LS25)組成。其恢復(fù)邏輯如下：
5 結(jié)束語
用于實(shí)時(shí)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(shí)用,。要精心設(shè)計(jì)，反復(fù)試驗(yàn),，才不致于造成不應(yīng)有的損失和遺憾,。