摘要：以AVRMEG16作為核心控制器，時(shí)鐘芯片DS3232提供參考時(shí)鐘，并通過429總線接收GPS授時(shí)信號(hào)給系統(tǒng)貼上精確的時(shí)鐘標(biāo)簽，設(shè)計(jì)制作了多功能航空電子鐘系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)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(shí)時(shí)間、航行時(shí)間或測(cè)時(shí)時(shí)間。
關(guān)鍵詞：AVRMEG16；ARINC 429總線；GPS授時(shí)；TFT-LCD模塊

    在民用或軍用飛機(jī)中，都需要精確顯示現(xiàn)時(shí)時(shí)間、航時(shí)時(shí)間和測(cè)時(shí)時(shí)間，以保證飛機(jī)的正常運(yùn)行。本文用低功耗單片機(jī)AVRMEG16控制3．5英寸320×240分辨率、彩色TFT-LCD，設(shè)計(jì)了一款實(shí)用性很強(qiáng)的多功能航空電子鐘。

1 總體設(shè)計(jì)
1．1 總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，采用積木型電路，把控制電路、顯示電路和授時(shí)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(shí)鐘的計(jì)時(shí)功能是在同一屏顯示器中，同時(shí)動(dòng)態(tài)顯示現(xiàn)時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間、航時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間和測(cè)時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間三模式。
    這三種顯示模式應(yīng)能在功能控制按鈕控制下切換，每次開機(jī)顯示模式為模式1(混顯式)，三種顯示模式時(shí)間應(yīng)同步。
    (1)模式1(混顯)：現(xiàn)時(shí)計(jì)時(shí)、航時(shí)計(jì)時(shí)為數(shù)字顯示。測(cè)時(shí)計(jì)時(shí)為指針顯示(見圖2)。

    (2)模式2(指針)：現(xiàn)時(shí)計(jì)時(shí)、航時(shí)計(jì)時(shí)和測(cè)時(shí)計(jì)時(shí)均為指針式顯示(見圖3)。

    (3)模式3(數(shù)字)：現(xiàn)時(shí)計(jì)時(shí)、航時(shí)計(jì)時(shí)和測(cè)時(shí)計(jì)時(shí)均為數(shù)字式顯示(見圖4)。

2 硬件設(shè)計(jì)
    以AVRMEG16作為核心控制器，時(shí)鐘芯片DS3232提供參考時(shí)鐘，用ARINC 429總線接收GPS或北斗星授時(shí)信號(hào)，并通過LCD控制器控制顯示模塊TFT-LCD。
2．1 電源電路設(shè)計(jì)
    AVRMEG16單片機(jī)和時(shí)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(chǎn)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(diào)，最大輸出電流1．5 A，具有關(guān)斷功能并有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，僅用少量的外圍元件就可以實(shí)現(xiàn)升壓功能，設(shè)計(jì)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(gè)電阻的比值，計(jì)算公式如下：
   
2．2 TFT-LCD接口電路設(shè)計(jì)
    LCD模塊與單片機(jī)的接口就是LCD控制器面向單片機(jī)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(shí)信號(hào)的接收電路
    GPS接收模塊通過基于HS3282的ARINC 429總線通信卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)讀取時(shí)鐘信號(hào)。
    HS-3282與單片機(jī)、可編程邏輯器件的硬件連接電路如圖7所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
    采用Keil C51編寫，用AVR JATG進(jìn)行在線仿真?？傮w控制流程圖如圖8所示。

3．1 TFT-LCD顯示子程序設(shè)計(jì)
    對(duì)于每個(gè)漢字的顯示，首先應(yīng)該計(jì)算該漢字在字庫中的地址，然后讀出該漢字的字型碼。當(dāng)顯示至一行的末尾時(shí)要換行顯示。顯示漢字時(shí)，一個(gè)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(shí)，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(gè)漢字。在處理漢字顯示時(shí)，如果要實(shí)現(xiàn)漢字的反顯(例如實(shí)現(xiàn)菜單操作)，將漢字的32 B字模數(shù)據(jù)分別與0xFF異或(XRL)運(yùn)算，或者取反(CPL)運(yùn)算后再顯示即可。
3．2 按鍵功能子程序設(shè)計(jì)
    電子鐘的控制按鍵包括功能控制按鈕、航時(shí)調(diào)整按鈕、測(cè)試調(diào)整按鈕和亮度調(diào)整按鈕、這里著重介紹亮度調(diào)整按鈕的特點(diǎn)，點(diǎn)按(時(shí)間小于2 s)此按鈕為白天及夜間兩種亮度轉(zhuǎn)換，長(zhǎng)按(時(shí)間大于3 s)此按鈕亮度從最暗到最亮連續(xù)循環(huán)可調(diào)。開機(jī)時(shí)屏顯亮度為上次關(guān)機(jī)時(shí)亮度(亮度具有斷電記憶功能)。
3．3 GPS或北斗星授時(shí)模塊子程序設(shè)計(jì)
    軟件編寫主要是在CPLD上完成，應(yīng)用VHDL語言對(duì)各個(gè)軟件模塊進(jìn)行功能開發(fā)。把FPGA實(shí)現(xiàn)GPS失步情況下精確授時(shí)的軟件功能分成4個(gè)功能模塊，4個(gè)模塊共同作用完成了時(shí)鐘的精確授時(shí)，如圖9所示。

4 結(jié)論
    設(shè)計(jì)制作的2個(gè)多功能航空電子鐘樣機(jī)，能夠用數(shù)顯、指針顯及混顯三種模式高精度顯示現(xiàn)時(shí)時(shí)間、航行時(shí)間或測(cè)試時(shí)間，還可采用GPS或北斗星授時(shí)，顯示亮度可多級(jí)調(diào)整，適于全天候觀測(cè)。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間考核2臺(tái)樣機(jī)運(yùn)行，其性能穩(wěn)定，在-20～+40℃范圍內(nèi)，精度為±2．0 ppm，相當(dāng)于每年誤差±1．0 min。