基于80C196KC的ARINC429總線(xiàn)接口板設計

　　1 引言

　　ARINC429總線(xiàn)是美國航空無(wú)線(xiàn)電公司(ARINC)制定的民用航空數字總線(xiàn)傳輸標準，又稱(chēng)為Mark33數字信息傳輸系統，目前廣泛應用于商用及運輸飛機上，我國信息產(chǎn)業(yè)部也于1986年參考ARINC429標準頒布實(shí)施了我國自己的航空通信標準HB-6096-86，其標準和ARINC429基本一致。

　　傳統的ARINC429總線(xiàn)收發(fā)板多是直接插到計算機的主板接口上，實(shí)現起來(lái)過(guò)于麻煩，并且要編寫(xiě)相應得驅動(dòng)程序來(lái)實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示和存儲。本文介紹了一種基于Intel的16位單片機80C196KC的ARINC429總線(xiàn)收發(fā)板，它既可以通過(guò)串口連接到計算機上，同時(shí)又可以實(shí)現數據在收發(fā)板的存儲和顯示，設計簡(jiǎn)單，便于攜帶，給ARINC429總線(xiàn)的檢測帶來(lái)了很大的方便。

　　2　ARINC429總線(xiàn)的傳輸標準及系統整體設計

　　ARINC429協(xié)議規定以串行方式實(shí)現數字數據信息的傳輸，并且只能是單向傳輸，所以

　　在總線(xiàn)上只允許有一個(gè)發(fā)送設備，可以同時(shí)有多(不超過(guò)20個(gè))個(gè)接收設備，信息編碼的基本格式有兩種，32位或25位數字組成的基本數據單元，無(wú)論那種格式都包括8位標志位、

　　1位奇偶校驗位和兩位狀態(tài)位，兩種傳輸格式的不同只是攜帶數據的長(cháng)度不同，數據的傳輸速率有100Kbps和12.5Kbps兩種，既可以實(shí)現高速傳輸又可以低速傳輸[1]。

　　接口板設計的目的是能夠實(shí)現對ARINC429總線(xiàn)進(jìn)行數據的接收和發(fā)送，，它既能接收雙極歸零制的429信號并將其轉換為數字信號送入計算機或其它設備，又可將計算機或其它設備發(fā)出的數字信號轉換為429信號輸出。本文介紹的總線(xiàn)接口板以Intel的十六位單片機MCS-80C196KC為核心，實(shí)現數據的接收和發(fā)送、外圍芯片的邏輯控制、數據的存儲和顯示以及和計算機的接口[3][4]。ARINC429總線(xiàn)協(xié)議芯片HS-3282完成發(fā)送時(shí)數據的緩存和并行、串行的相互轉換，HS-3182為ARINC429總線(xiàn)的驅動(dòng)芯片，可以實(shí)現系統內部邏輯信號與ARINC429所要求的差分信號的轉換，同時(shí)可以作為發(fā)送數據的緩存和調節發(fā)送速率，系統的整體框圖如圖1所示：

　　圖1　系統的整體框圖

　　3 接口板的硬件設計

　　ARINC429總線(xiàn)協(xié)議芯片和驅動(dòng)芯片

　　ARINC429的接收電路已經(jīng)有了工業(yè)標準的芯片組，其中以Harris公司生產(chǎn)的HS-3282和HS-3182最為流行，HS-3282是總線(xiàn)協(xié)議芯片，HS-3182是總線(xiàn)驅動(dòng)芯片，都滿(mǎn)足ARINC429的通信標準。

　　HS-3282是十六位寬的計算機數據總線(xiàn)和ARINC429總線(xiàn)的接口，它有2接收通道和一個(gè)發(fā)送通道，HS-3182是實(shí)現電平的轉換，有關(guān)于這兩個(gè)芯片的介紹很多，這里就不再說(shuō)明。由于A(yíng)RINC429總線(xiàn)的數據寬度為32位，而HS-3282的數據位寬為16位，因此用了兩個(gè)字WORD1、WORD2與計算機交換收發(fā)的32位ARINC429總線(xiàn)上的數據，其數據的對應關(guān)系如表1和表2所示[2]：

　　表1. WORD1與ARINC429總線(xiàn)數據位的關(guān)系

　　WORD11514131211109876543210

　　429協(xié)議13121110931303212345678

　　429定義數據低位S/DSSMP標志位

　　表2. WORD2與ARINC429總線(xiàn)數據位的關(guān)系

　　WORD21514131211109876543210

　　429協(xié)議29282726252423222120191817161514

　　429定義±數據位

　　從表1和表2可以看出，ARINC429的數據位和計算機的數據位并不是一一對應的，在WORD1中有標志位、奇偶校驗位P、狀態(tài)位SSM、源目標標志S/D以及數據低位，WORD2是十六位數據，并且8位標志位是反序的，有時(shí)會(huì )帶來(lái)不便，但計算機采集來(lái)的數據可以直接應用到WORD2上，在發(fā)送數據時(shí)會(huì )非常方便。

　　HS-3182是作為ARINC429總線(xiàn)的發(fā)送設備完成兩路信號的差分驅動(dòng)，與HS-3182相連的電容控制用來(lái)控制ARINC429的傳輸速率，其中c1，c2為75pF時(shí)對應ARINC429總線(xiàn)的高速狀態(tài)(100Kbps)、為300pF時(shí)對應ARINC總線(xiàn)的低速狀態(tài)(12.5Kbps)，因此盡量用高精度、軍品級的電容，HS-3282和HS-3182相連的電路圖如圖2所示：

　　圖2　HS-3282和HS-3182的連接圖

　　3.2　ARINC429總線(xiàn)收發(fā)硬件電路

　　硬件的計算機系統采用Intel的16位單片機80C196KC，該CPU可以動(dòng)態(tài)的配置成8位或者16位的總線(xiàn)寬度，結構采用寄存器結構，有232字節的RAM寄存器陣列供用戶(hù)配置，外接晶振為12MHz或者20MHz，可以滿(mǎn)足ARINC429總線(xiàn)的高速發(fā)送和接收。CPU和HS-3282的接口比較簡(jiǎn)單，發(fā)送時(shí)常和HS-3182相配合使用，因為HS-3282的數據寬度為16位的，因此單片機也配置成16位總線(xiàn)寬度，CPU和HS-3282的接口部分關(guān)鍵就是對收發(fā)的邏輯控制，諸如接收器1數據可以讀取標志D/R1，接收器2數據可以讀取標志D/R2，總線(xiàn)選擇信號SEL等端口都需要CPU的控制和監視，在這里就直接和CPU的I/O口相連，當然也可以通過(guò)CPU的I/O，/RD，/WR及地址的低位和GAL或者CPLD相連，通過(guò)編成組成專(zhuān)門(mén)的邏輯控制電路，這在單片機的I/O口不夠用時(shí)可以采用這種辦法，HS-3282需要CPU控制和監視的管腳如表3所示：

　　表3. S-3282控制及狀態(tài)的引腳及功能

　　符號管腳號輸入/輸出描述

　　SEL8輸入總線(xiàn)數據選擇，選擇兩個(gè)十六位中的一個(gè)，用于接收器1或2

　　/DR16輸出接收器1數據可以讀取標志

　　/DR27輸出接收器2數據可以讀取標志

　　/EN19輸入接收器1中的數據輸出到總線(xiàn)上

　　/EN210輸入接收器2中的數據輸出到總線(xiàn)上

　　/MR39輸入復位信號

　　ENTX33輸入發(fā)送使能信號，使數據從HS-3182的FIFO發(fā)送到429總線(xiàn)上

　　/PL128輸入第1個(gè)16位字發(fā)送到FIFO中

　　/PL229輸入第2個(gè)16位字發(fā)送到FIFO中

　　TX/R30輸出發(fā)送存儲器FIFO為空標志

　　/CWSTR34輸入控制字鎖存到控制寄存器

　　由于HS-3282是外圍器件，收發(fā)速率都沒(méi)有CPU快，因此要為CPU提供READY信號，在這里為CPU提供READY信號的是/EN1和/EN2管腳，只要這兩個(gè)管腳有一個(gè)是低電平就可以產(chǎn)生READY，因此對這兩個(gè)信號加一個(gè)與非門(mén)既可以產(chǎn)生READY信號。

　　4 軟件設計

　　HS3282的收發(fā)既可以采用查詢(xún)方式又可以采用中斷方式，由于發(fā)送器狀態(tài)標志位TX/R接到CPU的I/O口，這就限制了軟件設計時(shí)發(fā)送采用查詢(xún)方式。接收兩種方式都可以，在這里采用中斷方式接收。

　　初始化程序設計

　　在上電復位后單片機應首先進(jìn)行自身初始化和HS3282的設置，主要是設置單片機的波特率和向HS3282寫(xiě)控制字。在這里設置單片機的串口為工作模式1，即10位構成一串行幀：　1位起始位(0)，8位數據(低位在先)，1位停止位(1)。單片機首先將控制字寫(xiě)到P3和P4端口，通過(guò)置高再置低P2.7端口，將控制字在/CWSTR的下降沿寫(xiě)入，進(jìn)行工作方式、碼速率等的設置。

　　接收程序設計

　　數據的接收以中斷響應的處理為核心。HS3282有兩路接收通道，這兩個(gè)接收通道標志位/DR1、/DR2共享一個(gè)中斷，就容易出現中斷沖突現象，為了避免這種現象在硬件設計中已經(jīng)考慮到了這種問(wèn)題，將接收器標志/DR1、/DR2分別與單片機I/O口的P0.0和P0.1相連接，當產(chǎn)生接收中斷時(shí)，通過(guò)軟件檢測方式判斷是哪一路引起的中斷，其軟件設計如下：

　　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

　?。?/p>

　　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

　?。?/p>

　?。?/p>

　　發(fā)送程序設計

　　在數據的發(fā)送過(guò)程中，PC機通過(guò)串口把數據發(fā)送到單片機的串口緩存區，單片機查詢(xún)到串口緩存區有數據后，接收到一個(gè)完整的數據字。同時(shí)單片機向HS3282寫(xiě)入一個(gè)32位的數據字也要分兩次才能完成。準備好低16位數據，控制HS3282的引腳PL1，使PL1從低電平跳變到高電平，將低16位數據寫(xiě)入;同樣的方法將高16位數據在PL2從低電平跳變到高電平寫(xiě)入。通過(guò)啟動(dòng)HS3282的引腳ENTX發(fā)送控制信號，HS3282將自動(dòng)發(fā)送數據，其標準滿(mǎn)足ARINC429協(xié)議，單片機檢測到TX/R為高，即數據發(fā)送完成時(shí)將ENTX置低。發(fā)送函數如下所示：

　　SendData(char　*data)

　　{　P1.6=0;　　　　　　　　　　　　//P1.6=PL1

　　P3=*data;

　　P4=*(data+1);　　　　　　//低16位

　　P1.6=1;　　　　　　　　　　　　//上升沿寫(xiě)入

　　P1.7=0;　　　　　　　　　　　　//P1.7=PL2

　　P3=*(data+2);

　　P4=*(data+3);　　　　　　//高16位

　　P1.7=1;　　　　　　　　　　　　//上升沿寫(xiě)入

　　P2.6=0;　　　　　　　　　　　　//P2.6=ENTX，發(fā)送使能

　　while(P0.2);　　　　　　　//P0.2=TX/R，檢查是否發(fā)送完成

　　P2.6=1;　　　　　　　　　　　　//發(fā)送禁止

　?。?/p>

　　5　結論

　　基于16位單片機的ARINC429總線(xiàn)接口板利用高性能的專(zhuān)用芯片組HS3282和HS3182來(lái)設計總線(xiàn)接口，由于該芯片能很好的滿(mǎn)足ARINC429協(xié)議，給接口板的設計帶來(lái)了很大的方便，經(jīng)實(shí)際利用簡(jiǎn)單有效，并且具有很高的可靠性。