第5講：大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)解析課件

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)（大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)）劉瑞華中國(guó)民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院*P100-1大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)劉瑞華*P100-1大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：功能及要求功能 測(cè)量靜壓、總壓、總溫以及參與修正作用的攻角和氣源誤差，經(jīng)過(guò)解算裝置或計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，輸出大量的大氣數(shù)據(jù)信息。優(yōu)勢(shì)減少大量的重復(fù)儀表和傳感器提高大氣數(shù)據(jù)的計(jì)算精度擴(kuò)大測(cè)量系統(tǒng)的功能，提高系統(tǒng)可靠性2023/8/32大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：功能及要求功能2023/7/312大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：功能及要求對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求：能利用所測(cè)參數(shù)計(jì)算大氣數(shù)據(jù)信息，應(yīng)具有不同形式的輸出信號(hào)應(yīng)具有誤差修正功能、監(jiān)控功能和故障告警功能應(yīng)具有飛行前后的自檢功能；故障診斷、故障隔離功能應(yīng)具有快速方便地更換部件和機(jī)器的快速拆裝能力2023/8/33大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：功能及要求對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求：2基本解算關(guān)系高度的解算（見(jiàn)前述公式）馬赫數(shù)的解算（見(jiàn)前述公式）指示空速的解算（見(jiàn)前述公式）真空速的解算大氣密度的解算2023/8/34基本解算關(guān)系高度的解算（見(jiàn)前述公式）2023/7/314大氣靜溫的解算2023/8/35大氣靜溫的解算2023/7/315大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)組成傳感器測(cè)量靜壓傳感器、全壓傳感器、總溫傳感器、攻角傳感器等具有可進(jìn)行誤差修正和補(bǔ)償?shù)慕馑阊b置座艙指示、顯示裝置及信號(hào)輸出裝置2023/8/36大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)組成2023/7/316數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)2023/8/37數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)2023/7/317大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)：原始參數(shù)傳感器電容式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器振膜式壓力傳感器總溫傳感器2023/8/38大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)：原始參數(shù)傳感器電容式壓力傳感器2023/7/數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----原始參數(shù)傳感器（一）差動(dòng)電容式壓力測(cè)量原理差壓為零時(shí)，輸出為零；差壓不為零，輸出電壓的幅值取決于差壓的大小，相位取決于差壓的正負(fù)。2023/8/39數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----原始參數(shù)傳感器（一）差動(dòng)電容式電容量式壓力傳感器 將隨壓力變化的電容量變換成電壓輸出。

UOUT=XPUR/XRXP，XR為被測(cè)可變電容和標(biāo)準(zhǔn)參考電容的阻抗放大器參考電壓UR參考電容CR固定的3KHz激勵(lì)電源UR石英膜盒CP輸出電壓UOUT2023/8/310電容量式壓力傳感器 將隨壓力變化的電容量變換成電壓輸出。放大傳感器A/D轉(zhuǎn)換回路

傳感器測(cè)得信號(hào)在放大器輸入端與D/A轉(zhuǎn)換器輸出相減，電壓差放大，經(jīng)濾波解調(diào)變成直流電壓，用A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)其積分，然后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變成模擬量反饋回放大器輸入端，直至回路達(dá)到平衡。K3

解調(diào)器濾波器D/A速率符號(hào)壓力傳感器A1PS校正存儲(chǔ)器UOUTUD參考電壓URA/D1SN2N1N2PSN1PS’計(jì)算機(jī)2023/8/311傳感器A/D轉(zhuǎn)換回路 傳感器測(cè)得信號(hào)在放大器輸入端與D/A數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----原始參數(shù)傳感器（二）壓阻式壓力傳感器UOUTUR2023/8/312數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----原始參數(shù)傳感器（二）壓阻式壓力振膜式壓力傳感器 在一定的壓力范圍內(nèi)，在系統(tǒng)振動(dòng)質(zhì)量一定時(shí)，諧振頻率僅是壓力P的函數(shù)。2023/8/313振膜式壓力傳感器 在一定的壓力范圍內(nèi)，在系統(tǒng)振動(dòng)質(zhì)量一定時(shí)，全溫探頭2023/8/314全溫探頭2023/7/3114數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口多路轉(zhuǎn)換器直流電壓/數(shù)字轉(zhuǎn)換V-T式A/D轉(zhuǎn)換雙積分式A/D轉(zhuǎn)換逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換交/直流轉(zhuǎn)換原理頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換原理頻率測(cè)量原理周期測(cè)量原理自整角機(jī)同步信號(hào)/數(shù)字轉(zhuǎn)換電阻/數(shù)字轉(zhuǎn)換多路轉(zhuǎn)換器S/HA/D輸入信號(hào)的傳輸2023/8/315數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口多路轉(zhuǎn)換器S/HA/D數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（一）邏輯多路轉(zhuǎn)換器 二進(jìn)制譯碼器ABCDS0S1

2023/8/316數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（一）邏輯多路轉(zhuǎn)換器 數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（二）時(shí)序型多路轉(zhuǎn)換器晶體振蕩器計(jì)數(shù)分頻器計(jì)數(shù)器譯碼器時(shí)鐘脈沖分路脈沖輸出（b）傳感器傳感器傳感器傳輸門(mén)傳輸門(mén)傳輸門(mén)綜合電路脈沖分配器X1X2X3（a）2023/8/317數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（二）時(shí)序型多路轉(zhuǎn)換器數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（三）

V/T式A/D轉(zhuǎn)換鋸齒波發(fā)生器信號(hào)比較器計(jì)數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器控制門(mén)零比較器開(kāi)測(cè)啟動(dòng)開(kāi)（上升沿）關(guān)（下降沿）數(shù)字量輸出U入2023/8/318數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（三）V/T式A數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（四）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換 邏輯控制零比較器計(jì)數(shù)門(mén)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘譯碼顯示積分器±UXUR+URT1UcT’2tU’cU’xT2UcUx雙積分轉(zhuǎn)換波形2023/8/319數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（四）雙積分式A/D轉(zhuǎn)雙積分式A/D轉(zhuǎn)換工作過(guò)程三個(gè)階段：采樣階段、比較階段、休止階段雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：對(duì)積分元件R、C及時(shí)鐘脈沖的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確低要求低對(duì)于對(duì)稱(chēng)的常模干擾信號(hào)，特別是工頻干擾信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力測(cè)量速度慢2023/8/320雙積分式A/D轉(zhuǎn)換工作過(guò)程三個(gè)階段：采樣階段、比較階段、休止數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（五）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器方框圖D/A轉(zhuǎn)換器鎖存器逐次逼近寄存器比較器INBUS0-3鎖存指令250KHz啟動(dòng)-10VDC轉(zhuǎn)換完成鎖存器U入INBUS4-72023/8/321數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（五）逐次逼近式A/D數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（六）交/直流轉(zhuǎn)換原理方框圖交流參考電壓90°移相和過(guò)零檢測(cè)采樣/保持交流信號(hào)電壓采樣脈沖直流電壓2023/8/322數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（六）交/直流轉(zhuǎn)換原理數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（六）頻率測(cè)量原理方框圖周期測(cè)量原理方框圖1/M分頻器計(jì)數(shù)器參考晶體振蕩器關(guān)閉脈沖啟動(dòng)復(fù)位被測(cè)頻率fRfN1/M分頻器計(jì)數(shù)器參考晶體振蕩器關(guān)閉脈沖啟動(dòng)復(fù)位被測(cè)頻率fRfN2023/8/323數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（六）頻率測(cè)量原理方框數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（七）

自整角機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換方框圖90°移相和過(guò)零檢測(cè)器SCOTT變壓器采樣/保持采樣/保持三線(xiàn)400Hz交流信號(hào)cosαsinα400Hz參考電壓將三相同步信號(hào)變換成傳送角的正弦、余弦兩相交流信號(hào)，然后再變成直流信號(hào)，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。2023/8/324數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（七） 自整角機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)角度信號(hào)的反變換 利用角度的反變換，將f（）變成角，利用插值法進(jìn)行函數(shù)計(jì)算。不用tg來(lái)求信號(hào)，主要是考慮到f（）函數(shù)的插值誤差較小。sinαcosαsinα+cosα除法αf（α）α

角度信號(hào)的反轉(zhuǎn)換2023/8/325角度信號(hào)的反變換 利用角度的反變換，將f（）變成角，利用SCOTT變壓器（一）

SCOTT變壓器由兩個(gè)變壓器組成，一個(gè)M變壓器，其原邊線(xiàn)組帶有中間抽頭，匝數(shù)為W1，一個(gè)叫T變壓器，其原邊繞組匝數(shù)為。兩個(gè)變壓器副邊繞組匝數(shù)相同，都為W2（a）S1R1S2S3R3R4R2W1W2W2c2023/8/326SCOTT變壓器（一） SCOTT變壓器由兩個(gè)變壓器組成，SCOTT變壓器（二）S1S2S3W1V42’R1R3R4R2（b）V13’c2023/8/327SCOTT變壓器（二）S1S2S3W1V42’R1R3R4SCOTT變壓器（三）（V2cVc1）V21V3cV32V13Vc3（Vc2V1c）120°120°60°60°（c）2023/8/328SCOTT變壓器（三）（V2cVc1）V21V3cV3數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（八）電阻/數(shù)字轉(zhuǎn)換程序恒流源A/D多路轉(zhuǎn)換器MUXRtV1V22023/8/329數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸入接口（八）電阻/數(shù)字轉(zhuǎn)換程數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口串行輸出接口數(shù)字—直流電壓轉(zhuǎn)換電路數(shù)字—交流電壓轉(zhuǎn)換數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)換電路2023/8/330數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口串行輸出接口2023/大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出2023/8/331大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出2023/7/3131數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口（一）ARINC429總線(xiàn) 串行傳輸總線(xiàn)，以三電平狀態(tài)傳輸信息

總線(xiàn)電平 邏輯狀態(tài)

+5V 1 0V 空載

-5V 0

1234…78…1213…2829303132源地址字地址不用數(shù)據(jù)位備用有效位奇偶位發(fā)出數(shù)據(jù)的設(shè)備號(hào)表示不同信息（如高度等）根據(jù)前31位碼中1的總數(shù)及奇偶校驗(yàn)確定2023/8/332數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口（一）ARINC429ARINC429接口基本原理方框圖32位移位寄存器可以由4個(gè)并行輸入的8個(gè)移位寄存器（或2個(gè)16位寄存器），利用8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，分4次輸入到移位寄存器，然后串行逐位輸出。譯碼器輸出控制數(shù)據(jù)輸入移位寄存器，D8

、D9為譯碼器輸入，Y3~Y0選通4個(gè)8位移位寄存器的并行輸入，輸入32位數(shù)據(jù)后，向字間隙發(fā)生器輸出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，表示輸入數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，開(kāi)始串行輸出，32位字，加8個(gè)字間隙，每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)字，共經(jīng)歷40位的時(shí)間。譯碼器32位移位寄存器字間隙發(fā)生器差動(dòng)輸出電路奇/偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)0/1D9D8D7D0Y32023/8/333ARINC429接口基本原理方框圖32位移位寄存器可以由4個(gè)數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口（二）數(shù)字—直流轉(zhuǎn)換電路多路轉(zhuǎn)換器MUXD/A濾波器采樣/保持采樣/保持濾波器Vo1Von數(shù)字輸入2023/8/334數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口（二）數(shù)字—直流轉(zhuǎn)換電數(shù)字---交流電壓轉(zhuǎn)換模擬模擬模擬模擬模擬數(shù)字量模擬量ViAnA8A4A2A1運(yùn)算放大器乘積模擬/數(shù)字乘法器RR/2R/4R/8R/nR/N2023/8/335數(shù)字---交流電壓轉(zhuǎn)換模擬模擬模擬模擬模擬數(shù)字量模擬量ViA數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口（三）數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換接收機(jī)數(shù)字量cosθcos(θ+120°)cos(θ+240°)

（a）2023/8/336數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----輸出接口（三）數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)利用SCOTT變壓器實(shí)現(xiàn)數(shù)字/自整角機(jī)變換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換運(yùn)算SCOTT

cosθ

θ數(shù)字量

sinθ

URcosθ

URsinθURUR三相同步傳送至自整角機(jī)（b）2023/8/337利用SCOTT變壓器實(shí)現(xiàn)數(shù)字/自整角機(jī)變換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字?jǐn)?shù)字/自整角機(jī)變換原理數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換二線(xiàn)/三線(xiàn)變換數(shù)字量cos(θ-30°)cos(θ+30°)至自整角機(jī)（c）S1URcos(θ+30°)S2URcos(θ-30°)S3接收機(jī)（d）數(shù)字—自整角機(jī)轉(zhuǎn)換及二線(xiàn)/三線(xiàn)變換原理2023/8/338數(shù)字/自整角機(jī)變換原理數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字/交流轉(zhuǎn)換數(shù)字量至數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----微處理器硬件結(jié)構(gòu)微處理器總線(xiàn)關(guān)系離散輸出口離散輸入口片選譯碼電路ROMRAM上電復(fù)位電路時(shí)鐘總線(xiàn)分離器CPU（Z8002）數(shù)據(jù)總線(xiàn)地址總線(xiàn)2023/8/339數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----微處理器硬件結(jié)構(gòu)微處理器總線(xiàn)關(guān)數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----微處理器程序結(jié)構(gòu)基本組成管理程序?qū)崟r(shí)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算（或其他數(shù)學(xué)任務(wù)）程序非實(shí)時(shí)的自檢和故障監(jiān)控程序自檢監(jiān)控程序?qū)崟r(shí)中斷服務(wù)自檢程序限值程序開(kāi)中斷初始化啟動(dòng)YN2023/8/340數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----微處理器程序結(jié)構(gòu)基本組成自檢監(jiān)DADCARINC706原理方塊圖

2023/8/341DADCARINC706原理方塊圖2023/7/3141數(shù)字式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)-----36項(xiàng)自檢功能檢查輸入總溫是否在規(guī)定的范圍內(nèi)機(jī)型程序檢查檢查靜壓傳感器周期計(jì)數(shù)是否在規(guī)定范圍檢查靜壓傳感器溫度輸出范圍檢查頻/數(shù)轉(zhuǎn)換是否完善ARINC輸出端繞回檢查對(duì)RAM檢查對(duì)ROM檢查指令檢查對(duì)CPU檢查攻角比較檢查檢查Ps=Pt（僅在地面功能