基于80C196KC的ARINC429总线接口板设计
扫描二维码
随时随地手机看文章
1 引言
ARINC429总线是美国航空无线电公司(ARINC)制定的民用航空数字总线传输标准,又称为Mark33数字信息传输系统,目前广泛应用于商用及运输飞机上,我国信息产业部也于1986年参考ARINC429标准颁布实施了我国自己的航空通信标准HB-6096-86,其标准和ARINC429基本一致。
传统的ARINC429总线收发板多是直接插到计算机的主板接口上,实现起来过于麻烦,并且要编写相应得驱动程序来实现数据的实时显示和存储。本文介绍了一种基于Intel的16位单片机80C196KC的ARINC429总线收发板,它既可以通过串口连接到计算机上,同时又可以实现数据在收发板的存储和显示,设计简单,便于携带,给ARINC429总线的检测带来了很大的方便。
2 ARINC429总线的传输标准及系统整体设计
ARINC429协议规定以串行方式实现数字数据信息的传输,并且只能是单向传输,所以在总线上只允许有一个发送设备,可以同时有多(不超过20个)个接收设备,信息编码的基本格式有两种,32位或25位数字组成的基本数据单元,无论那种格式都包括8位标志位、1位奇偶校验位和两位状态位,两种传输格式的不同只是携带数据的长度不同,数据的传输速率有100Kbps和12.5Kbps两种,既可以实现高速传输又可以低速传输[1]。
接口板设计的目的是能够实现对ARINC429总线进行数据的接收和发送,,它既能接收双极归零制的429信号并将其转换为数字信号送入计算机或其它设备,又可将计算机或其它设备发出的数字信号转换为429信号输出。本文介绍的总线接口板以Intel的十六位单片机MCS-80C196KC为核心,实现数据的接收和发送、外围芯片的逻辑控制、数据的存储和显示以及和计算机的接口[3][4]。ARINC429总线协议芯片HS-3282完成发送时数据的缓存和并行、串行的相互转换,HS-3182为ARINC429总线的驱动芯片,可以实现系统内部逻辑信号与ARINC429所要求的差分信号的转换,同时可以作为发送数据的缓存和调节发送速率,系统的整体框图如图1所示:
图1 系统的整体框图
3 接口板的硬件设计
ARINC429总线协议芯片和驱动芯片
ARINC429的接收电路已经有了工业标准的芯片组,其中以Harris公司生产的HS-3282和HS-3182最为流行,HS-3282是总线协议芯片,HS-3182是总线驱动芯片,都满足ARINC429的通信标准。
HS-3282是十六位宽的计算机数据总线和ARINC429总线的接口,它有2接收通道和一个发送通道,HS-3182是实现电平的转换,有关于这两个芯片的介绍很多,这里就不再说明。由于ARINC429总线的数据宽度为32位,而HS-3282的数据位宽为16位,因此用了两个字WORD1、WORD2与计算机交换收发的32位ARINC429总线上的数据,其数据的对应关系如表1和表2所示[2]:
表1. WORD1与ARINC429总线数据位的关系
表2. WORD2与ARINC429总线数据位的关系
从表1和表2可以看出,ARINC429的数据位和计算机的数据位并不是一一对应的,在WORD1中有标志位、奇偶校验位P、状态位SSM、源目标标志S/D以及数据低位,WORD2是十六位数据,并且8位标志位是反序的,有时会带来不便,但计算机采集来的数据可以直接应用到WORD2上,在发送数据时会非常方便。
HS-3182是作为ARINC429总线的发送设备完成两路信号的差分驱动,与HS-3182相连的电容控制用来控制ARINC429的传输速率,其中c1,c2为75pF时对应ARINC429总线的高速状(100Kbps)、为300pF时对应ARINC总线的低速状态(12.5Kbps),因此尽量用高精度、军品级的电容,HS-3282和HS-3182相连的电路图如图2所示:
图2 HS-3282和HS-3182的连接图
3.2 ARINC429总线收发硬件电路
硬件的计算机系统采用Intel的16位单片机80C196KC,该CPU可以动态的配置成8位或者16位的总线宽度,结构采用寄存器结构,有232字节的RAM寄存器阵列供用户配置,外接晶振为12MHz或者20MHz,可以满足ARINC429总线的高速发送和接收。CPU和HS-3282的接口比较简单,发送时常和HS-3182相配合使用,因为HS-3282的数据宽度为16位的,因此单片机也配置成16位总线宽度,CPU和HS-3282的接口部分关键就是对收发的逻辑控制,诸如接收器1数据可以读取标志D/R1,接收器2数据可以读取标志D/R2,总线选择信号SEL等端口都需要CPU的控制和监视,在这里就直接和CPU的I/O口相连,当然也可以通过CPU的I/O,/RD,/WR及地址的低位和GAL或者CPLD相连,通过编成组成专门的逻辑控制电路,这在单片机的I/O口不够用时可以采用这种办法,HS-3282需要CPU控制和监视的管脚如表3所示:
表3. S-3282控制及状态的引脚及功能
由于HS-3282是外围器件,收发速率都没有CPU快,因此要为CPU提供READY信号,在这里为CPU提供READY信号的是/EN1和/EN2管脚,只要这两个管脚有一个是低电平就可以产生READY,因此对这两个信号加一个与非门既可以产生READY信号。
4 软件设计
HS3282的收发既可以采用查询方式又可以采用中断方式,由于发送器状态标志位TX/R接到CPU的I/O口,这就限制了软件设计时发送采用查询方式。接收两种方式都可以,在这里采用中断方式接收。
初始化程序设计
在上电复位后单片机应首先进行自身初始化和HS3282的设置,主要是设置单片机的波特率和向HS3282写控制字。在这里设置单片机的串口为工作模式1,即10位构成一串行帧: 1位起始位(0),8位数据(低位在先),1位停止位(1)。单片机首先将控制字写到P3和P4端口,通过置高再置低P2.7端口,将控制字在/CWSTR的下降沿写入,进行工作方式、码速率等的设置。
接收程序设计
数据的接收以中断响应的处理为核心。HS3282有两路接收通道,这两个接收通道标志位/DR1、/DR2共享一个中断,就容易出现中断冲突现象,为了避免这种现象在硬件设计中已经考虑到了这种问题,将接收器标志/DR1、/DR2分别与单片机I/O口的P0.0和P0.1相连接,当产生接收中断时,通过软件检测方式判断是哪一路引起的中断,其软件设计如下:
ReceiverData(char *data)
{
if(P0.0==0) //P0.0=/DR1
{ P1.3=0; //P1.3=SEL
P1.4=0; //P1.4=/EN1
*data=P3;
*(data+1)=P4; //接收低16位
P1.3=0;
P1.4=1;
P1.4=0;
*(data+2)=P3;
*(data+3)=P4; //接收高16位
}
else
if(P0.1==0) //P0.1=/DR2
{ P1.3=0;
P1.5=0;
*data=P3;
*(data+1)=P4; //接收低16位
P1.3=0;
P1.5=1;
P1.5=0;
*(data+2)=P3;
*(data+3)=P4; //接收高16位
}
}
发送程序设计
在数据的发送过程中,PC机通过串口把数据发送到单片机的串口缓存区,单片机查询到串口缓存区有数据后,接收到一个完整的数据字。同时单片机向HS3282写入一个32位的数据字也要分两次才能完成。准备好低16位数据,控制HS3282的引脚PL1,使PL1从低电平跳变到高电平,将低16位数据写入;同样的方法将高16位数据在PL2从低电平跳变到高电平写入。通过启动HS3282的引脚ENTX发送控制信号,HS3282将自动发送数据,其标准满足ARINC429协议,单片机检测到TX/R为高,即数据发送完成时将ENTX置低。发送函数如下所示:
SendData(char *data)
{ P1.6=0; //P1.6=PL1
P3=*data;
P4=*(data+1); //低16位
P1.6=1; //上升沿写入
P1.7=0; //P1.7=PL2
P3=*(data+2);
P4=*(data+3); //高16位
P1.7=1; //上升沿写入
P2.6=0; //P2.6=ENTX,发送使能
while(P0.2); //P0.2=TX/R,检查是否发送完成
P2.6=1; //发送禁止
}
5 结论
基于16位单片机的ARINC429总线接口板利用高性能的专用芯片组HS3282和HS3182来设计总线接口,由于该芯片能很好的满足ARINC429协议,给接口板的设计带来了很大的方便,经实际利用简单有效,并且具有很高的可靠性。