系数乘法器及其在航空火力控制系统中的应用

摘 要： 详细讨论了系数乘法器的原理和功能，介绍了它在航空火力控制系统中的应用，给出了符号发生器电路的原理框图。

关键词： 系数乘法器 符号发生器 航空火力控制系统

航空火力控制系统是指攻击机利用本机所携带的武器对敌方各种目标进行搜索、跟踪、瞄准和实施攻击的机载设备的总和。在这个系统中，符号发生器是关键部件之一，其功能是在处理机的输出指令控制下接收所画符号的参数及命令，产生以笔划法书写符号所需的x、y两个方向的模拟偏转电压，送到偏转电路，控制CRT屏幕上电子束的运动，实现画符号；同时产生一个辉亮信号去控制CRT栅极电压，确定所画符号的亮暗度。显示器显示的是一些数字、字母、圆及其它可变的图形。由于任何复杂的图形都可以被分解成直线和曲线两部分，因此，如何产生各种长短不同的直线段（矢量）是关键问题。

矢量的产生有数字式和模拟式两种。当管头偏转电路采用步进电流源形式时，电子束在显示屏上形成的光点是一个跳步运动，而非连续运动。在这种情况下，矢量产生器通常用系数乘法器或累加器来构成。由于在性能指标相同的情况下，用系数乘法器产生矢量比用累加器产生矢量简便、节省并且可靠性高，所以在航空火力控制系统中得到了广泛应用。

１ 系数乘法器的原理和功能

系数乘法器由二进制速率锁存器、符合门电路和二进制计数器组成，如图1所示。图中是输入脉冲（时钟）为输出脉冲序列。

为方便起见，现以4位减法计数器为例分析讨论二进制系数乘法器的工作原理。

图2(a)出了４位减法计数器在一个计数循环中所产生的各位状态波形图。图中，A、B、C、D分别为计数器的第一、二、三、四位状态波形，由此可以得出Ａ、Ｂ、Ｃ及Ｄ四个脉冲序列的脉冲波形图，如图2(b)所示。这4个脉冲序列的脉冲宽度均为时钟脉冲的一个周期。

若时钟频率为，得Ａ、Ｂ、Ｃ及Ｄ这４个脉冲的频率分别为。在计数器的一个计数循环中，输入16个时钟脉冲，Ａ、Ｂ、Ｃ及Ｄ四个脉冲序列分别产生8、4、2、1个脉冲，可见它们分别和一个二进制数转成十进制数时各位所对应的权相等。

这４个序列的脉冲在任何时间都不互相重合，因此，可以利用“或”运算将两个甚至更多个脉冲序列合并在一起，得到一个合成的输出脉冲序列。在计数器的一个计数循环中，输出脉冲序列中的脉冲个数等于每个参加“或”运算脉冲序列的脉冲个数的简单代数和。至于哪些脉冲序列参加“或”运算，由速率锁存器中的二进制数Ｓ来控制。于是得到公式（1）：

（１）式中的分别表示二进制数Ｓ的各位代码（0或1）。在由二进制转换为十进制时，所对应的权分别为8、4、2、1。这一例子证实了输出受二进制数S的控制。图１中的速率锁存器通常用来存放二进制数，符合门电路用来保证输出的逻辑关系。A、Ｂ、Ｃ及Ｄ这４个脉冲的频率分别为，将它们代入（１）式并整理得：

（３）式等号右边的分母的指数4表示系数乘法器的位数。上述所讨论的系数乘法器的计数器为四位，所以是。如果计数器的位数为N位，则（3）式中等号右边分母的指数应为N，由此得任何位数的表达式为：

可见，系数乘法器的输出与输入和二进制数的乘积成正比，“系数乘法器″就是由此而得名。如果在Ｎ位计数器的一个计数循环中，输入的脉冲的个数为，则输出脉冲的个数为。这就证明了在计数器的一个计数循环中，输出脉冲的个数等于将S视为整数时的二进制代码。并且，输出函数为输入变量的“与或”关系。只要把此式进行适当的“布尔”化简变形，便可得到不同形式的逻辑关系式，从而设计出不同形式的符合门电路。

常用的六位系数乘法器SN5497芯片的状态和真值表如表１所示。

２ 系数乘法器产生矢量

系数乘法器构成的矢量产生器的框图如图３所示。

Δx和Δy是矢量在直角坐标系中的x、y轴上的投影，两个二进制速率乘法器（x和y方向各一个）分别将Δx、Δy变成相应的脉冲序列，并将它们加到可逆的偏转计数器上，根据Δx、Δy的符号和脉冲序列，在两个可逆计数器输出端形成相应变化的二进制代码，它们经D/A转换器变成大小与Δx、Δy成比例、而极性又与它们的符号一致的阶梯电压，控制CRT中电子束的偏转。

３ 系数乘法器构成的符号发生器结构框图

利用系数乘法器设计的某型航空火力控制系统的符号发生器电路如图4所示。

按照SN5497的电路原理，每画一笔矢量，不管其数值多大，都要输入64个脉冲，这对于短矢量来说，必然要花去无谓的时间。所以利用长度和矢量控制器（见图4），根据Δx和Δy的数值大小，控制Δx和Δy的双四选一数据选择器选定相应的状态，实现硬件移位。即根据Δx和Δy中较大的数据，把矢量数据左移Ｎ位（0≤N≤3），当输入脉冲仅为时，可以达到与输入64个脉冲同样的效果。假定，则产生矢量的时序如图5所示。

SN5497相应的民用品为74LS5497，用途也很广泛。采用硬件移位或线长计数器电路进行线长检测，从而控制计数脉冲的个数，提高画矢量的速度，是系数乘法器重要的应用技巧。