摘要：以AVRMEG16作為核心控制器，時鐘芯片DS3232提供參考時鐘，并通過429總線接收GPS授時信號給系統(tǒng)貼上精確的時鐘標簽，設計制作了多功能航空電子鐘系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了用數(shù)顯、指針顯及混顯三種模式高精度顯示現(xiàn)時時間、航行時間或測時時間。
關鍵詞：AVRMEG16；ARINC 429總線；GPS授時；TFT-LCD模塊
在民用或軍用飛機中，都需要精確顯示現(xiàn)時時間、航時時間和測時時間，以保證飛機的正常運行。本文用低功耗單片機AVRMEG16控制3．5英寸320×240分辨率、彩色TFT-LCD，設計了一款實用性很強的多功能航空電子鐘。
1 總體設計
1．1 總體設計框圖
采用AVRMEG16作為核心控制器，顯示部分選擇北京信利TFT-G240320LTSW-118w的LCD模塊?？傮w設計框圖如圖1所示。
航空電子鐘主要由顯示面板、控制按扭、腔體、接口等部分組成。最大外形尺寸為63 mm×63 mm×150 mm。鑒于體積小的特點，在設計時，采用積木型電路，把控制電路、顯示電路和授時電路三塊電路板疊加起來。
1．2 系統(tǒng)功能分析
電子式航空時鐘的計時功能是在同一屏顯示器中，同時動態(tài)顯示現(xiàn)時計時時間、航時計時時間和測時計時時間三模式。
這三種顯示模式應能在功能控制按鈕控制下切換，每次開機顯示模式為模式1(混顯式)，三種顯示模式時間應同步。
(1)模式1(混顯)：現(xiàn)時計時、航時計時為數(shù)字顯示。測時計時為指針顯示(見圖2)。
(2)模式2(指針)：現(xiàn)時計時、航時計時和測時計時均為指針式顯示(見圖3)。
(3)模式3(數(shù)字)：現(xiàn)時計時、航時計時和測時計時均為數(shù)字式顯示(見圖4)。
2 硬件設計
以AVRMEG16作為核心控制器，時鐘芯片DS3232提供參考時鐘，用ARINC 429總線接收GPS或北斗星授時信號，并通過LCD控制器控制顯示模塊TFT-LCD。
2．1 電源電路設計
AVRMEG16單片機和時鐘芯片都需要穩(wěn)定的5 V電壓，可采用集成穩(wěn)壓電路，很容易得到5 V；TFT-LCD需要19 V的背光電源，采用DC-DC升壓芯片MC33063產生19 V電壓。MC33063作為比較常用的背光升壓芯片，輸入電壓為3．0～40 V，輸出1．25～40 V可調，最大輸出電流1．5 A，具有關斷功能并有溫度自動補償功能，僅用少量的外圍元件就可以實現(xiàn)升壓功能，設計原理電路如圖5所示。
MC33063的輸出電壓完全取決于R3和R4兩個電阻的比值，計算公式如下：
2．2 TFT-LCD接口電路設計
LCD模塊與單片機的接口就是LCD控制器面向單片機的引腳，LCD控制器選用的是TOSHIBA公司出品的T6963C，T6963C具備漢字顯示和圖形顯示功能。其接口電路如圖6所示。
2．3 GPS或北斗星授時信號的接收電路
GPS接收模塊通過基于HS3282的ARINC 429總線通信卡實現(xiàn)數(shù)據傳輸，從而實現(xiàn)單片機讀取時鐘信號。
HS-3282與單片機、可編程邏輯器件的硬件連接電路如圖7所示。
3 軟件設計
采用Keil C51編寫，用AVR JATG進行在線仿真。總體控制流程圖如圖8所示。
3．1 TFT-LCD顯示子程序設計
對于每個漢字的顯示，首先應該計算該漢字在字庫中的地址，然后讀出該漢字的字型碼。當顯示至一行的末尾時要換行顯示。顯示漢字時，一個16×16的漢字字型碼占32 B，每顯示一行要2 B；第二行顯示時，顯示地址要在前一行首字節(jié)地址上加30，共需要16次循環(huán)才能完整地顯示一個漢字。在處理漢字顯示時，如果要實現(xiàn)漢字的反顯(例如實現(xiàn)菜單操作)，將漢字的32 B字模數(shù)據分別與0xFF異或(XRL)運算，或者取反(CPL)運算后再顯示即可。
3．2 按鍵功能子程序設計
電子鐘的控制按鍵包括功能控制按鈕、航時調整按鈕、測試調整按鈕和亮度調整按鈕、這里著重介紹亮度調整按鈕的特點，點按(時間小于2 s)此按鈕為白天及夜間兩種亮度轉換，長按(時間大于3 s)此按鈕亮度從最暗到最亮連續(xù)循環(huán)可調。開機時屏顯亮度為上次關機時亮度(亮度具有斷電記憶功能)。
3．3 GPS或北斗星授時模塊子程序設計
軟件編寫主要是在CPLD上完成，應用VHDL語言對各個軟件模塊進行功能開發(fā)。把FPGA實現(xiàn)GPS失步情況下精確授時的軟件功能分成4個功能模塊，4個模塊共同作用完成了時鐘的精確授時，如圖9所示。
4 結論
設計制作的2個多功能航空電子鐘樣機，能夠用數(shù)顯、指針顯及混顯三種模式高精度顯示現(xiàn)時時間、航行時間或測試時間，還可采用GPS或北斗星授時，顯示亮度可多級調整，適于全天候觀測。經過長時間考核2臺樣機運行，其性能穩(wěn)定，在-20～+40℃范圍內，精度為±2．0 ppm，相當于每年誤差±1．0 min。
下載文檔
