基于80C196KC的ARINC429總線接口板設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于80C196KC的ARINC429總線接口板設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用【摘要】基于Ｉｎｔｅｌ１６位單片機(jī)８０Ｃ１９６ＫＣ的ＡＲＩＮＣ４２９總線接口板包括接收／發(fā)送、外擴(kuò)ＦｌａｓｈＲＡＭ、顯示接口等模塊。協(xié)議芯片ＨＳ３２８２和ＨＳ３１８２可以方便的完成數(shù)據(jù)接收／發(fā)送、緩存和轉(zhuǎn)換，并可以控制接收／發(fā)送速率。上位機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的ＲＳ２３２接口，可以方便的和計(jì)算機(jī)相連進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收／發(fā)送及格式的轉(zhuǎn)換。

１引言

ＡＲＩＮＣ４２９總線是美國(guó)航空無(wú)線電公司（ＡＲＩＮＣ）制定的民用航空數(shù)字總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)，又稱為Ｍａｒｋ３３數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)，目前廣泛應(yīng)用于商用及運(yùn)輸飛機(jī)上，我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部也于１９８６年參考ＡＲＩＮＣ４２９標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施了我國(guó)自己的航空通信標(biāo)準(zhǔn)ＨＢ－６０９６－８６，其標(biāo)準(zhǔn)和ＡＲＩＮＣ４２９基本一致。

傳統(tǒng)的ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)板多是直接插到計(jì)算機(jī)的主板接口上，實(shí)現(xiàn)起來(lái)過(guò)于麻煩，并且要編寫相應(yīng)得驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)。本文介紹了一種基于Ｉｎｔｅｌ的１６位單片機(jī)８０Ｃ１９６ＫＣ的ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)板，它既可以通過(guò)串口連接到計(jì)算機(jī)上，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在收發(fā)板的存儲(chǔ)和顯示，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于攜帶，給ＡＲＩＮＣ４２９總線的檢測(cè)帶來(lái)了很大的方便。

2ＡＲＩＮＣ４２９總線的傳輸標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

ＡＲＩＮＣ４２９協(xié)議規(guī)定以串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息的傳輸，并且只能是單向傳輸，所以

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

１位奇偶校驗(yàn)位和兩位狀態(tài)位，兩種傳輸格式的不同只是攜帶數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度不同，數(shù)據(jù)的傳輸速率有１００Ｋｂｐｓ和１２．５Ｋｂｐｓ兩種，既可以實(shí)現(xiàn)高速傳輸又可以低速傳輸［１］。

接口板設(shè)計(jì)的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)ＡＲＩＮＣ４２９總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，，它既能接收雙極歸零制的４２９信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備，又可將計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備發(fā)出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為４２９信號(hào)輸出。本文介紹的總線接口板以Ｉｎｔｅｌ的十六位單片機(jī)ＭＣＳ－８０Ｃ１９６ＫＣ為，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、外圍芯片的邏輯控制、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示以及和計(jì)算機(jī)的接口［３］［４］。ＡＲＩＮＣ４２９總線協(xié)議芯片ＨＳ－３２８２完成發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)的緩存和并行、串行的相互轉(zhuǎn)換，ＨＳ－３１８２為ＡＲＩＮＣ４２９總線的驅(qū)動(dòng)芯片，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部邏輯信號(hào)與ＡＲＩＮＣ４２９所要求的差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)可以作為發(fā)送數(shù)據(jù)的緩存和調(diào)節(jié)發(fā)送速率，系統(tǒng)的整體框圖如圖１所示：

圖１系統(tǒng)的整體框圖

３接口板的硬件設(shè)計(jì)

ＡＲＩＮＣ４２９總線協(xié)議芯片和驅(qū)動(dòng)芯片

ＡＲＩＮＣ４２９的接收電路已經(jīng)有了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的芯片組，其中以Ｈａｒｒｉｓ公司生產(chǎn)的ＨＳ－３２８２和ＨＳ－３１８２為流行，ＨＳ－３２８２是總線協(xié)議芯片，ＨＳ－３１８２是總線驅(qū)動(dòng)芯片，都滿足ＡＲＩＮＣ４２９的通信標(biāo)準(zhǔn)。

ＨＳ－３２８２是十六位寬的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)總線和ＡＲＩＮＣ４２９總線的接口，它有２接收通道和一個(gè)發(fā)送通道，ＨＳ－３１８２是實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)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ＡＲＩＮＣ４２９總線的數(shù)據(jù)寬度為３２位，而ＨＳ－３２８２的數(shù)據(jù)位寬為１６位，因此用了兩個(gè)字ＷＯＲＤ１、ＷＯＲＤ２與計(jì)算機(jī)交換收發(fā)的３２位ＡＲＩＮＣ４２９總線上的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表１和表２所示［２］：

表1.WORD1與ARINC429總線數(shù)據(jù)位的關(guān)系

WORD1

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

429協(xié)議

13

12

11

10

9

31

30

32

1

2

3

4

5

6

7

8

429定義

數(shù)據(jù)低位

S/D

SSM

P

標(biāo)志位

表2.WORD2與ARINC429總線數(shù)據(jù)位的關(guān)系

WORD2

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

429協(xié)議

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

429定義

±

數(shù)據(jù)位

從表１和表２可以看出，ＡＲＩＮＣ４２９的數(shù)據(jù)位和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)位并不是一一對(duì)應(yīng)的，在ＷＯＲＤ１中有標(biāo)志位、奇偶校驗(yàn)位Ｐ、狀態(tài)位ＳＳＭ、源目標(biāo)標(biāo)志Ｓ／Ｄ以及數(shù)據(jù)低位，ＷＯＲＤ２是十六位數(shù)據(jù)，并且８位標(biāo)志位是反序的，有時(shí)會(huì)帶來(lái)不便，但計(jì)算機(jī)采集來(lái)的數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用到ＷＯＲＤ２上，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)非常方便。

ＨＳ－３１８２是作為ＡＲＩＮＣ４２９總線的發(fā)送設(shè)備完成兩路信號(hào)的差分驅(qū)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(duì)應(yīng)ＡＲＩＮＣ４２９總線的高速狀態(tài)（１００Ｋｂｐｓ）、為３００ｐＦ時(shí)對(duì)應(yīng)ＡＲＩＮＣ總線的低速狀態(tài)（１２．５Ｋｂｐｓ），因此盡量用高精度、軍品級(jí)的電容，ＨＳ－３２８２和ＨＳ－３１８２相連的電路圖如圖２所示：

圖２ＨＳ－３２８２和ＨＳ－３１８２的連接圖

３．２ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)硬件電路

硬件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用Ｉｎｔｅｌ的１６位單片機(jī)８０Ｃ１９６ＫＣ，該ＣＰＵ可以動(dòng)態(tài)的配置成８位或者１６位的總線寬度，結(jié)構(gòu)采用寄存器結(jié)構(gòu)，有２３２字節(jié)的ＲＡＭ寄存器陣列供用戶配置，外接晶振為１２ＭＨｚ或者２０ＭＨｚ，可以滿足ＡＲＩＮＣ４２９總線的高速發(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?yàn)椋龋樱常玻福驳臄?shù)據(jù)寬度為１６位的，因此單片機(jī)也配置成１６位總線寬度，ＣＰＵ和ＨＳ－３２８２的接口部分關(guān)鍵就是對(duì)收發(fā)的邏輯控制，諸如接收器１數(shù)據(jù)可以讀取標(biāo)志Ｄ／Ｒ１，接收器２數(shù)據(jù)可以讀取標(biāo)志Ｄ／Ｒ２，總線選擇信號(hào)ＳＥＬ等端口都需要ＣＰＵ的控制和監(jiān)視，在這里就直接和ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ口相連，當(dāng)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)編成組成專門的邏輯控制電路，這在單片機(jī)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(jiān)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(hào)

管腳號(hào)

輸入/輸出

描述

SEL

8

輸入

總線數(shù)據(jù)選擇，選擇兩個(gè)十六位中的一個(gè)，用于接收器1或2

/DR1

6

輸出

接收器1數(shù)據(jù)可以讀取標(biāo)志

/DR2

7

輸出

接收器2數(shù)據(jù)可以讀取標(biāo)志

/EN1

9

輸入

接收器1中的數(shù)據(jù)輸出到總線上

/EN2

10

輸入

接收器2中的數(shù)據(jù)輸出到總線上

/MR

39

輸入

復(fù)位信號(hào)

ENTX

33

輸入

發(fā)送使能信號(hào)，使數(shù)據(jù)從HS-3182的FIFO發(fā)送到429總線上

/PL1

28

輸入

第1個(gè)16位字發(fā)送到FIFO中

/PL2

29

輸入

第2個(gè)16位字發(fā)送到FIFO中

TX/R

30

輸出

發(fā)送存儲(chǔ)器FIFO為空標(biāo)志

/CWSTR

34

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(hào)，在這里為ＣＰＵ提供ＲＥＡＤＹ信號(hào)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(duì)這兩個(gè)信號(hào)加一個(gè)與非門既可以產(chǎn)生ＲＥＡＤＹ信號(hào)。

４軟件設(shè)計(jì)

ＨＳ３２８２的收發(fā)既可以采用查詢方式又可以采用中斷方式，由于發(fā)送器狀態(tài)標(biāo)志位ＴＸ／Ｒ接到ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ口，這就限制了軟件設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)送采用查詢方式。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(shè)計(jì)

在上電復(fù)位后單片機(jī)應(yīng)首先進(jìn)行自身初始化和ＨＳ３２８２的設(shè)置，主要是設(shè)置單片機(jī)的波特率和向ＨＳ３２８２寫控制字。在這里設(shè)置單片機(jī)的串口為工作模式１，即１０位構(gòu)成一串行幀：１位起始位（０），８位數(shù)據(jù)（低位在先），１位停止位（１）。單片機(jī)首先將控制字寫到Ｐ３和Ｐ４端口，通過(guò)置高再置低Ｐ２．７端口，將控制字在／ＣＷＳＴＲ的下降沿寫入，進(jìn)行工作方式、碼速率等的設(shè)置。

接收程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)的接收以中斷響應(yīng)的處理為。ＨＳ３２８２有兩路接收通道，這兩個(gè)接收通道標(biāo)志位／ＤＲ１、／ＤＲ２共享一個(gè)中斷，就容易出現(xiàn)中斷沖突現(xiàn)象，為了避免這種現(xiàn)象在硬件設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮到了這種問(wèn)題，將接收器標(biāo)志／ＤＲ１、／ＤＲ２分別與單片機(jī)Ｉ／Ｏ口的Ｐ０．０和Ｐ０．１相連接，當(dāng)產(chǎn)生接收中斷時(shí)，通過(guò)軟件檢測(cè)方式判斷是哪一路引起的中斷，其軟件設(shè)計(jì)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

｝

｝

發(fā)送程序設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)的發(fā)送過(guò)程中，ＰＣ機(jī)通過(guò)串口把數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)的串口緩存區(qū)，單片機(jī)查詢到串口緩存區(qū)有數(shù)據(jù)后，接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字。同時(shí)單片機(jī)向ＨＳ３２８２寫入一個(gè)３２位的數(shù)據(jù)字也要分兩次才能完成。準(zhǔn)備好低１６位數(shù)據(jù)，控制ＨＳ３２８２的引腳ＰＬ１，使ＰＬ１從低電平跳變到高電平，將低１６位數(shù)據(jù)寫入；同樣的方法將高１６位數(shù)據(jù)在ＰＬ２從低電平跳變到高電平寫入。通過(guò)啟動(dòng)ＨＳ３２８２的引腳ＥＮＴＸ發(fā)送控制信號(hào)，ＨＳ３２８２將自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，其標(biāo)準(zhǔn)滿足ＡＲＩＮＣ４２９協(xié)議，單片機(jī)檢測(cè)到ＴＸ／Ｒ為高，即數(shù)據(jù)發(fā)送完成時(shí)將ＥＮＴＸ置低。發(fā)送函數(shù)如下所示：

ＳｅｎｄＤａｔａ（ｃｈａｒ＊ｄａｔａ）

｛Ｐ１．６＝０；／／Ｐ１．６＝ＰＬ１

Ｐ３＝＊ｄａｔａ；

Ｐ４＝＊（ｄａｔａ＋１）；／／低１６位

Ｐ１．６＝１；／／上升沿寫入

Ｐ１．７＝０；／／Ｐ１．７＝ＰＬ２

Ｐ３＝＊（ｄａｔａ＋２）；

Ｐ４＝＊（ｄａｔａ＋３）；／／高１６位

Ｐ１．７＝１；／／上升沿寫入

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；