基于80C196KC的ARINC429總線接口板設計-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于80C196KC的ARINC429總線接口板設計-設計應用【摘要】基于Ｉｎｔｅｌ１６位單片機８０Ｃ１９６ＫＣ的ＡＲＩＮＣ４２９總線接口板包括接收／發(fā)送、外擴ＦｌａｓｈＲＡＭ、顯示接口等模塊。協(xié)議芯片ＨＳ３２８２和ＨＳ３１８２可以方便的完成數據接收／發(fā)送、緩存和轉換，并可以控制接收／發(fā)送速率。上位機為標準的ＲＳ２３２接口，可以方便的和計算機相連進行軟件開發(fā)，實現數據的接收／發(fā)送及格式的轉換。

１引言

ＡＲＩＮＣ４２９總線是美國航空無線電公司（ＡＲＩＮＣ）制定的民用航空數字總線傳輸標準，又稱為Ｍａｒｋ３３數字信息傳輸系統(tǒng)，目前廣泛應用于商用及運輸飛機上，我國信息產業(yè)部也于１９８６年參考ＡＲＩＮＣ４２９標準頒布實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(tǒng)的ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)板多是直接插到計算機的主板接口上，實現起來過于麻煩，并且要編寫相應得驅動程序來實現數據的實時顯示和存儲。本文介紹了一種基于Ｉｎｔｅｌ的１６位單片機８０Ｃ１９６ＫＣ的ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)板，它既可以通過串口連接到計算機上，同時又可以實現數據在收發(fā)板的存儲和顯示，設計簡單，便于攜帶，給ＡＲＩＮＣ４２９總線的檢測帶來了很大的方便。

2ＡＲＩＮＣ４２９總線的傳輸標準及系統(tǒng)整體設計

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

在總線上只允許有一個發(fā)送設備，可以同時有多（不超過２０個）個接收設備，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度不同，數據的傳輸速率有１００Ｋｂｐｓ和１２．５Ｋｂｐｓ兩種，既可以實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現對ＡＲＩＮＣ４２９總線進行數據的接收和發(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。本文介紹的總線接口板以Ｉｎｔｅｌ的十六位單片機ＭＣＳ－８０Ｃ１９６ＫＣ為，實現數據的接收和發(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總線協(xié)議芯片ＨＳ－３２８２完成發(fā)送時數據的緩存和并行、串行的相互轉換，ＨＳ－３１８２為ＡＲＩＮＣ４２９總線的驅動芯片，可以實現系統(tǒng)內部邏輯信號與ＡＲＩＮＣ４２９所要求的差分信號的轉換，同時可以作為發(fā)送數據的緩存和調節(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接口板的硬件設計

ＡＲＩＮＣ４２９總線協(xié)議芯片和驅動芯片

ＡＲＩＮＣ４２９的接收電路已經有了工業(yè)標準的芯片組，其中以Ｈａｒｒｉｓ公司生產的ＨＳ－３２８２和ＨＳ－３１８２為流行，ＨＳ－３２８２是總線協(xié)議芯片，ＨＳ－３１８２是總線驅動芯片，都滿足ＡＲＩＮＣ４２９的通信標準。

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

表1.WORD1與ARINC429總線數據位的關系

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

數據低位

S/D

SSM

P

標志位

表2.WORD2與ARINC429總線數據位的關系

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，有時會帶來不便，但計算機采集來的數據可以直接應用到ＷＯＲＤ２上，在發(fā)送數據時會非常方便。

ＨＳ－３１８２是作為ＡＲＩＮＣ４２９總線的發(fā)送設備完成兩路信號的差分驅動，與ＨＳ－３１８２相連的電容控制用來控制ＡＲＩＮＣ４２９的傳輸速率，其中ｃ１，ｃ２為７５ｐＦ時對應ＡＲＩＮＣ４２９總線的高速狀態(tài)（１００Ｋｂｐｓ）、為３００ｐＦ時對應ＡＲＩＮＣ總線的低速狀態(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２ＨＳ－３２８２和ＨＳ－３１８２的連接圖

３．２ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)硬件電路

硬件的計算機系統(tǒng)采用Ｉｎｔｅｌ的１６位單片機８０Ｃ１９６ＫＣ，該ＣＰＵ可以動態(tài)的配置成８位或者１６位的總線寬度，結構采用寄存器結構，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的接口比較簡單，發(fā)送時常和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位總線寬度，ＣＰＵ和ＨＳ－３２８２的接口部分關鍵就是對收發(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，總線選擇信號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，當然也可以通過ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ，／ＲＤ，／ＷＲ及地址的低位和ＧＡＬ或者ＣＰＬＤ相連，通過編成組成專門的邏輯控制電路，這在單片機的Ｉ／Ｏ口不夠用時可以采用這種辦法，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

管腳號

輸入/輸出

描述

SEL

8

輸入

總線數據選擇，選擇兩個十六位中的一個，用于接收器1或2

/DR1

6

輸出

接收器1數據可以讀取標志

/DR2

7

輸出

接收器2數據可以讀取標志

/EN1

9

輸入

接收器1中的數據輸出到總線上

/EN2

10

輸入

接收器2中的數據輸出到總線上

/MR

39

輸入

復位信號

ENTX

33

輸入

發(fā)送使能信號，使數據從HS-3182的FIFO發(fā)送到429總線上

/PL1

28

輸入

第1個16位字發(fā)送到FIFO中

/PL2

29

輸入

第2個16位字發(fā)送到FIFO中

TX/R

30

輸出

發(fā)送存儲器FIFO為空標志

/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，只要這兩個管腳有一個是低電平就可以產生ＲＥＡＤＹ，因此對這兩個信號加一個與非門既可以產生ＲＥＡＤＹ信號。

４軟件設計

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)標志位ＴＸ／Ｒ接到ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ口，這就限制了軟件設計時發(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。

初始化程序設計

在上電復位后單片機應首先進行自身初始化和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到Ｐ３和Ｐ４端口，通過置高再置低Ｐ２．７端口，將控制字在／ＣＷＳＴＲ的下降沿寫入，進行工作方式、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。ＨＳ３２８２有兩路接收通道，這兩個接收通道標志位／ＤＲ１、／ＤＲ２共享一個中斷，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考慮到了這種問題，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，當產生接收中斷時，通過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

｝

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)送程序設計

在數據的發(fā)送過程中，ＰＣ機通過串口把數據發(fā)送到單片機的串口緩存區(qū)，單片機查詢到串口緩存區(qū)有數據后，接收到一個完整的數據字。同時單片機向ＨＳ３２８２寫入一個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入。通過啟動ＨＳ３２８２的引腳ＥＮＴＸ發(fā)送控制信號，ＨＳ３２８２將自動發(fā)送數據，其標準滿足ＡＲＩＮＣ４２９協(xié)議，單片機檢測到ＴＸ／Ｒ為高，即數據發(fā)送完成時將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；