一種機載設備的通訊接口電路的設計與實(shí)現

摘要：文章介紹了一種機載設備的通訊接口電路的設計與實(shí)現，該接口電路是機載設備接線(xiàn)盒的重要組成部分，其設計目標主要是接收前端的綜合處理機通過(guò)422接口輸出的目標方位、目標距離、目標編號、目標有效等命令信息，對其進(jìn)行格式轉換和電氣匹配后，再送到發(fā)控系統。此外，該通訊接口電路還對接收到的干纜高度數字信號進(jìn)行數模轉換等相關(guān)處理，并發(fā)送到飛機控制系統和懸停器。
關(guān)鍵詞：通訊接口；MSP430；數模轉換

0 引言
通訊接口電路主要用于完成前端綜合處理機和后端的發(fā)送控制系統(簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)控系統)、飛機控制系統(簡(jiǎn)稱(chēng)飛控系統)等的信號交聯(lián)。綜合處理機輸出的目標信息經(jīng)過(guò)電氣匹配后送到單片機，單片機對其進(jìn)行解析后，按照一定的幀協(xié)議將目標信息轉發(fā)給發(fā)控系統，并將目標信息中包含的干纜高度信號進(jìn)行數模轉換及濾波放大后送至飛控系統和懸停器。

1 電路組成與工作原理
1．1 電路組成
根據通訊接口電路的主要功能，設計該電路的組成框圖如圖1所示。

1．2 電源電路
接線(xiàn)盒系統由一路28V直流電源供電，在此利用穩壓芯片分別轉換得到以下三路電源：
1)運算放大器電源：一路15．0V；2)MCU電源：兩路3．3V，分別為供數字電路和模擬電路使用；3)其他芯片電源：一路5．0V。
1．3 控制電路
通訊接口電路的控制單元MCU在進(jìn)行數據處理時(shí)，除了需要根據綜合處理機與接線(xiàn)盒接口控制協(xié)議對數字信號進(jìn)行解析，還需要完成對干纜高度數據信號的D／A轉換，要求高度分辨率小于0．1m。
基于硬件資源需求，結合低功耗、集成化、開(kāi)發(fā)周期等因素，該控制電路選用了MSP430系列的單片機。該單片機具有兩個(gè)串口并內置12位DA轉換器，在低功耗、可靠性方面表現出色，滿(mǎn)足設計需求。
我們選擇DAC12的基準電壓為2．5V，理論上其電壓分辨率為2．5／4096=0．6mV，實(shí)際上由于器件本身的誤差加上電路噪聲的影響，其有效位可能降低為10位，則電壓分辨率隨之降低為2．5V／1024=2．4mV。
由于DAC12輸出的直流電壓模擬量的范圍為0～2．5V，而飛控系統和懸停器要求的電壓輸入范圍為0～12V，因此需要對DAC12的輸出電壓進(jìn)行比例放大，增益系數計算如下：G=Int(12／2．5)=5。同時(shí)，由于電壓放大的緣故，在飛控系統的輸入端，電壓分辨率相應降至2．4×5= 12mV。此外，已知電壓與干纜高度之間的比例關(guān)系為80mV／m，據此計算出高度分辨率為12／80=0．15(mV／m)，滿(mǎn)足小于0．2m的設計要求。
1．4 電氣匹配
在電路設計中，由于綜合處理機、MCU和與發(fā)控系統之間的通訊信號的輸入／輸出邏輯不協(xié)調，需要首先解決兩種電平的轉換問(wèn)題，我們在此采用的電氣匹配芯片為ADM485。
對于不出戶(hù)外的422端口，我們采取了單向的保護措施，設計了由TVS管P6KE6．8CA和WE-SL2型共模電感組成的接口保護電路。當TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它以極高的速度使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預定的數值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。

2 通訊協(xié)議
為保證綜合處理機、接口電路MCU和與發(fā)控系統之間能有效、可靠地進(jìn)行通信，我們對數據的格式、順序和速率，數據傳輸的確認和接收，差錯檢測，重傳控制和詢(xún)問(wèn)等操作做出了約定，形成了通訊協(xié)議。
2．1 綜合處理機與接線(xiàn)盒通訊標準
綜合處理機通過(guò)一個(gè)串行通訊鏈和接線(xiàn)盒進(jìn)行交聯(lián)。通訊標準如下：電氣標準：EIA RS-422；信號：RxD+、RxD-、TxD+、TxD-、GND；字節：起始位1位、數據位8位、停止位1位、無(wú)校驗位；速率：9．6kb／s；方式：異步。
2．2 綜合處理機與接線(xiàn)盒的數據包格式
綜合處理機向接線(xiàn)盒發(fā)送固定格式、固定數據周期的數據包，數據內容包括目標信息、干纜高度、聲納有效標識和狀態(tài)查詢(xún)命令標識。當接線(xiàn)盒接收到的數據包狀態(tài)查詢(xún)命令標識為有效時(shí)，接線(xiàn)盒向綜合處理機發(fā)回狀態(tài)信息數據。