Универсальный модуль преобразования аналоговых сигналов (на базе ПАИС) с цифровым управлением - динамически управляемое многоконтурное вычислительное устройство, выполняющее функции аналоговой обработки сигналов с использованием аналоговой интегральной схемотехники, работающей под цифровым управлением.

Разработанное вычислительное устройство адаптировано к конкретной прикладной задаче и призвано выявить преимущества и ограничения применения динамически программируемых аналоговых сигнальных процессоров (dpASP) в задачах аналоговой обработки сигналов. Схемотехнически dpASP построен на базе ПАИС (программируемой аналоговой интегральной схемы).

Ядро вычислительного устройства содержит четыре dpASP AN221E04 фирмы Anadigm, связанных со стороны цифровой части специализированным конфигурационным интерфейсом, необходимым для загрузки данных проекта в соответствующее конфигурационное ОЗУ. Загрузкой конфигурации управляет микроконтроллер (МК) ATMega128 фирмы Atmel, передавая конфигурационные данные через стандартный SPI интерфейс. Обмен данными между персональным компьютером (ПК) и МК происходит через интерфейс RS-232. Разработанный модуль оборудован тремя коаксиальными входами и тремя выходами.

Принципиальная схема

Структурная схема

Такое преобразование необходимо при электромеханическом моделировании (ЭММ) нестационарных силовых воздействий потока воздуха на колеблющуюся упругую модель летательного аппарата (ЛА). Производится непрерывное формирование из комбинации входных сигналов вибродатчиков ряда выходных напряжений, пропорциональных сосредоточенным аэродинамическим силам на несущую поверхность ЛА, к которым сводятся воздействия со стороны потока воздуха. Таким образом, распределенные аэродинамические силы заменяются набором эквивалентных сосредоточенных сил.

При корректном воспроизведении сил в соответствии с аэродинамической теорией колебания модели будут такими же, что и в реальном потоке аэродинамической трубы, поскольку реализуются одинаковые соотношения между инерционными, упругими и аэродинамическими силами. В таком случае преобразование сигналов реализуется в соответствии с аэродинамической теорией, определяющей зависимость каждой силы от мгновенных величин виброскорости и виброперемещения отдельных точек ЛА (при данном режиме потока). Изменение режима (плотности воздуха ρ, истиной воздушной скорости V, числа Маха M) производится дискретно заданием соответствующих значений с ПК, либо непрерывно - по программе.

Для примера с испытанием модели ЛА в аэродинамической трубе коэффициенты определяются геометрическими данными модели и параметрами воздуха.
Проведение исследований с ЭММ позволяет экономить дорогостоящее трубное время, проводить эксперимент с функционирующей системой автоматического управления (нереализуемый в трубных условиях), имеет ряд других преимуществ.

При разработке проекта ВУ применение ПАИС для задачи аналоговой обработки сигналов оказалось весьма целесообразным. В ходе работ выявлены следующие преимущества:

• сокращение времени разработки аналоговой схемотехнической части проекта;
• простое и быстрое создание конечных аналоговых систем, мгновенная отладка проектов, автоматизированное создание конфигурационных файлов данных;
• малые габариты устройства, высокая интеграция аналоговой и цифровой схемотехники в одном корпусе, ПАИС - своего рода «система на кристалле» (SOC - System-On-Chip);
• модульность проектируемых систем;
• развитый конфигурационный интерфейс;
• контроль и настройка аналоговых функций с использованием системного программного обеспечения в режиме реального времени;
• достаточно высокая точность преобразований для аналоговых ИС;
• высокий показатель «точность/быстродействие»;
• контроль и настройка аналоговых функций с использованием системного программного обеспечения в режиме реального времени.