时统旗子暗记作为一种非常主要的“心跳”旗子暗记在火控系统中发挥主要浸染，为了实现本系统和上级系统之间的数据收发时候，还须要本系统的时统旗子暗记和上级时统旗子暗记(一样平常是1 pps秒脉冲旗子暗记)完备同步，以达到全体大系统的时统旗子暗记完备同步的目的。传统的时统旗子暗记是用数十个二进制计数器IC对晶体时钟源进行计数分频和逻辑组合，从而产生不同周期的脉冲旗子暗记，要实现本系统的时统旗子暗记(一样平常是20 ms)与上级系统的1 pps秒脉冲旗子暗记须要大量的打算器IC，非常繁芜，占用的PCB板面历年夜，且电路一旦确定，就无法对时统旗子暗记的脉冲宽度、脉冲周期、脉冲时延等参数进行二次修正，采取传统的计数器IC方法具有很强的局限性，电路繁芜，修正困难，占用板幅空间大，通用性差。
采取繁芜可编程逻辑器件CPLD可随意马虎办理内、外时统时序同步、脉冲宽度可调、周期可变及多路同步分发等问题，具有电路大略、编程灵巧、掌握精度高、周期准、可靠性高档特点。
1 组成
为知足不同系统的不同哀求，须要一块通用的时统旗子暗记板来完身分歧的功能，该时统旗子暗记板应具备以下几方面功能：
(1)能吸收、产生统一的时统旗子暗记，并将该旗子暗记转发给系统各分机设备；
(2)具有时序延迟功能，能将某一起时统旗子暗记在时序上延迟一定韶光(相对韶光间隔)后供应给各分机设备；
(3)具有脉宽调度功能，能调度时统旗子暗记的脉冲宽度；
(4)能自动检测和同步外时统秒脉冲(1 pps)旗子暗记，如果有秒脉冲旗子暗记，则产生以秒脉冲旗子暗记同步的不同周期的时统旗子暗记。
通用时统旗子暗记板由时统检测模块、外时统同步及时序延时模块、时统分发模块及差分发送模块组成。组成事理见图1。
2 外时统旗子暗记检测
在火控系统中，外时统旗子暗记一样平常为上级系统给火控系统下发的RS422A差分秒脉冲旗子暗记，周期1 s，脉冲宽度一样平常为10 ms～50 ms之间，采取屏蔽双绞线传输，为了实现火控系统和上级系统的时统旗子暗记时序同步，便于火控系统吸收上级系统的战术数据，因而火控系统须要对上级系统下发的秒脉冲旗子暗记进行检测、吸收处理。
外时统旗子暗记检测有两种检测方法，即：单稳IC硬件检测和CPLD时序逻辑检测。
2.1 外时统旗子暗记吸收
外时统旗子暗记一样平常为符合RS422差分特性的脉冲旗子暗记，为肃清脉冲旗子暗记在长线传输中形成的噪声及反射滋扰旗子暗记，须要在电路吸收端加接终端负载电阻(Rt)，终端负载电阻的阻值约即是传输电缆的阻抗，同时负载电阻还起到取样电阻的浸染，它将发送器的电流输出转变为电压旗子暗记，常日情形下，Rt取100 Ω～120 Ω，为提高电路的抗滋扰能力和可靠性，降落长间隔传输带来的旗子暗记滋扰，电路中R1、R3为上拉偏置电阻，R2为下拉偏置电阻(一样平常取2.2 kΩ)，V1、V2为TVS瞬变抑制二极管，其电路事理见图2。
2.2 单稳IC硬件检测
硬件检测紧张是利用单稳态输出集成电路54LS123作为检测芯片，检测外时统旗子暗记，事情事理为：当输入端输入一个脉冲旗子暗记(上升沿触发)时，利用芯片配置的定时电阻(Rt)、电容(Cext)自动调度该脉冲的脉冲宽度，输出端输出一个和输入旗子暗记上升沿同步的大脉冲宽度(tw)旗子暗记，脉冲宽度可以通过设置定时电阻(Rt)、电容(Cext)的大小来确定，当外时统脉冲周期小于设定的脉冲宽度（为了提高可靠性，一样平常取检测脉冲周期的1.5倍）时，芯片输出为一个稳态的高电平“1”，若外时统中断，则输出端会延迟0.5个时钟周期（外时统）后输出稳态的低电平“0”，从而实现对外时统脉冲旗子暗记的检测。
根据单稳态事情事理，只要芯片输出的脉冲宽度大于1个输入脉冲(外时统周期)的周期，就能实现对外时统的检测，当Cext>1 000 pF时，其定时电阻的大小可以根据以下公式打算：
为了提高检测的可靠性，一样平常tw取1.5个外时统周期T，假定外时统脉冲周期T=1 s，Cext＝22 μF，则由式(2)得：
只需选择一只15 kΩ电阻，匹配22 μF电容，就能实现对1 s脉冲旗子暗记的检测，其电路事理见图3。
2.3 CPLD逻辑编程检测
利用可编程逻辑器件(CPLD)通过逻辑编程来实现，逻辑模块由时钟倍频器(2clk)、D触发器、脉冲发生器(mccs)3个子模块组成，当有外时统旗子暗记输入时(WST_INPUT)，模块输出端(JC_OUTPUT)输出为高电平，当外时统输入旗子暗记中断时，则输出端将会延迟0.1～0.5个外时统周期后输出低电平“0”。
假设须要检测的外时统周期T为1 s，当D触发器输入端检测到外时统旗子暗记时(上升沿触发)，则输出一个高电平“1”，将该旗子暗记作为脉冲发生器(mccs)的使能旗子暗记，同时将外时统旗子暗记经时钟倍频器处理后作为脉冲发生器的“置数”旗子暗记，脉冲发生器的输出旗子暗记作为D触发器的输入清零旗子暗记，在本地时钟的驱动下，脉冲发生器开始事情，只要脉冲发生器产生的触发脉冲周期Tf大于外时统周期T，脉冲发生器不会产生触发脉冲，D触发器的输出旗子暗记就能保持为高电平，否则，输出为低电平，从而实现对外时统旗子暗记的检测，电路图见图4。
3 外时统旗子暗记同步及延时
3.1 打算器分频打算
采取计数分频事理实现对脉冲旗子暗记进行同步、调度周期、调度脉冲占空比等脉冲旗子暗记处理，其核心是采取二进制计数器打算分频，打算方法如下。由：
个中T为计数周期，n为计数器计数值，f为时钟频率。一样平常情形，本地时钟频率f=10 MHz，若须要产生20 ms的脉冲旗子暗记(即：T=20 ms)，则根据式(5)得：
n=fT=10 000 000×0.02=200 000
n=200 000，转换成十六进制为“30D40”，需5个16位二进制计数器级联后才能实现。
3.2 外时统同步延时
利用本地高精度时钟将外时统脉冲旗子暗记的脉冲宽度调度为2个时钟源周期，形成同步脉冲旗子暗记，该脉冲旗子暗记和原外时统脉冲旗子暗记在时序上完备同等，只是脉冲宽度不同而已。这样将同步脉冲旗子暗记作为二进制计数器(74LS163)的“LD”置数旗子暗记，并将计数器的进位端(RCO)输出旗子暗记反向后作为计数器的使能旗子暗记，这样计数器事情后所产生的新的脉冲旗子暗记在时序上和原脉冲旗子暗记完备同步，同时可以通过计数器设置时序延迟韶光，通过修正计数器的参数可实现不同时序间隔的延迟，其时序延迟偏差≤1.5个时钟周期，如果板上的时钟源频率越高、越稳定，那么时序延迟后的脉冲旗子暗记的偏差精度就越高，时序延迟事理见图5，同步延时后的脉冲旗子暗记见图6（图中通道“1”旗子暗记为原脉冲旗子暗记，通道“2”旗子暗记为相对原脉冲旗子暗记时序延迟10 ms后脉冲旗子暗记）。
3.3 脉冲占空比调度
脉冲占空比（即：脉冲宽度）调度，利用本地高精度时钟、二进制计数器和D触发器就能实现对脉冲旗子暗记的脉冲宽度调度，通过设置计数器的计数值就能实现不同脉冲的宽度，将脉冲旗子暗记输入D触发器的触发轫，将D触发器的输出端接入计数器的计数使能端，计数器的输出端通过“非门”反向后接入D触发器的清零端，这样当脉冲旗子暗记输入D触发器后，在D触发器输出端输出的旗子暗记便是脉冲宽度调度后的脉冲，其时序和原脉冲旗子暗记完备同步，只是脉冲宽度发生变革，其事理图见图7，波形仿真见图8。
图8中，“MC-INPUT”为输入的原始脉冲，“MC-OUTPUT”为脉冲宽度调度后的脉冲，其周期和频率和原始脉冲完备一样，“CLK”为本地高精度时钟。
4 时统差分发送
在火控系统中，由于各分设备间隔相对较远，为了降落传输线路的滋扰，确保旗子暗记可靠传输到各分机设备上，须要将旗子暗记转换为符合RS422差分特性的脉冲旗子暗记，再采取双绞差分传输电缆进行长线传输，为提高电路的抗滋扰能力和可靠性，降落长间隔传输带来的旗子暗记滋扰，需在差分电路输出真个“+”、“-”极上分别配置TVS瞬变抑制二极管，其电路见图9。
5 偏差剖析
采取单稳IC硬件电路检测外时统的检测偏差紧张由电阻Rt和电容Cext决定。为了提高检测精度，可以根据外时统的周期，理论打算出电阻、电容的大小，但实际上很难找到和理论值相同的电阻、电容，同时，纵然找到，由于电阻、电容和IC组合后的电路自身的物理特性，也很难担保单稳输出的脉冲宽度和理论值相同，采取此方法的检测精度一样平常只能定位到毫秒级。
采取CPLD进行组合逻辑编程检测外时统的检测偏差，只和本地晶体振荡器(时钟)的频率有关，晶体振荡器越大，周期越小，检测偏差就越小，理论上检测精度可以掌握在1个时钟周期内，实际上考虑检测外时统上升沿须要1个时钟周期，计数器置数及进位输出均须要1个时钟周期，检测偏差能掌握到2个本地时钟周期内，本地时钟周期越小，偏差也就约小，其精度可以掌握在纳秒级。
综合上述，采取单稳IC硬件和CPLD组合逻辑两种方法均能实现对外时统的检测，两种方法均须要事先确定检测的外时统的周期，前者通过配置不同大小的电阻、电容来实现。后者通过CPLD逻辑编程实现，其检测精度较前者高，针对检测不同周期的外时统编程灵巧，电路变动随意马虎。
6 实现方法
6.1 CPLD的运用
采取CPLD繁芜可编程逻辑器件(EPM7512AEQI208-7)作为主控芯片，选用带温度补偿的晶体振荡器(TCXO)作为时钟源，单稳态触发电路作为检测外时统旗子暗记的掌握电路，标准RS422差分吸收、发送器作为收发电路，利于CPLD在线可编程优点，可根据用户的需求修正掌握程序，吸收或产生不同周期和脉冲宽度的的时统旗子暗记，具有良好的通用性，知足不同系统对时统旗子暗记的哀求。
6.2 TVS特性及运用
瞬变电压抑制器(Transient Voltage Suppression Diode)又称瞬变电压抑制二级管，简称“TVS”器件，能“接管”高达数千瓦的浪涌功率，当TVS两端经受瞬间高能量冲击时，它能以极高的速率把两端间的阻抗值由高阻态变为低阻态，接管一个大电流，从而把它两端间的电压钳位在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不因瞬态高电压的冲击而破坏。
将瞬变电压抑制二极管接到电路的电输入和输出线上，可防止瞬变电压进入，加强电路对外界滋扰的抵抗能力，从而担保电路能正常事情，提高可靠性。
6.3 差分电路抗滋扰技能
RS422差分旗子暗记通信线由两根双绞线组成，它是通过两根通信线之间的电压差的办法来通报旗子暗记，肃清差模滋扰的方法是在RS422差分电路的吸收端增加一个偏置电阻(约100 Ω～120 Ω)，并采取双绞屏蔽线，抑制共模滋扰的方法除了在旗子暗记线与地线之间加TVS二极管外，还有以下几方面的方法：
(1)采取屏蔽双绞线并有效接地；
(2)电路板上每个IC要并接一个0.01 μF～0.1 μF高频电容，以减小IC对电源的影响，把稳高频电容的布线，布线时避免90°折线，减少高频噪声发射；
(3)CPLD器件加5～10个0.01 μF～0.1 μF高频电容和3～5个33 μF电容；
(4)把稳晶振布线，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定；
(5)电路板合理分区，如强、弱旗子暗记，数字、仿照旗子暗记。尽可能把滋扰源与敏感元件阔别，用地线把数字区与仿照区隔离。
采取抗滋扰技能前、后的脉冲旗子暗记波形见图10。
7 结论
时统旗子暗记板作为一个主要的功能模块在火控系统中广泛运用，它利用可编程逻辑器件CPLD的在线编程技能，通过在线修正掌握程序，能灵巧实现对不同周期的外时统检测、脉冲宽度调度、多路分发、时序延时等功能，具有功能强、性能稳定、可靠性高、抗滋扰能力强等特点，能知足不同系统对时统旗子暗记的哀求，具有较强的通用性和实用性。
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作者信息:
吕文发
(中国船舶重工集团公司 江苏自动化研究所，江苏 连云港222006)
