基于80C196KC的ARINC429总线接口板设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑基于80C196KC的ARINC429总线接口板设计-设计应用【摘要】基于Ｉｎｔｅｌ１６位单片机８０Ｃ１９６ＫＣ的ＡＲＩＮＣ４２９总线接口板包括接收／发送、外扩ＦｌａｓｈＲＡＭ、显示接口等模块。协议芯片ＨＳ３２８２和ＨＳ３１８２可以方便的完成数据接收／发送、缓存和转换，并可以控制接收／发送速率。上位机为标准的ＲＳ２３２接口，可以方便的和计算机相连进行软件开发，实现数据的接收／发送及格式的转换。

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。

2ＡＲＩＮＣ４２９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，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

WORD1

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

429协议

13

12

11

10

9

31

30

32

1

2

3

4

5

6

7

8

429定义

数据低位

S/D

SSM

P

标志位

表2.WORD2与ARINC429总线数据位的关系

WORD2

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

429协议

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

429定义

±

数据位

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总线的高速状态（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２ＨＳ－３２８２和ＨＳ－３１８２的连接图

３．２ＡＲＩＮＣ４２９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

符号

管脚号

输入/输出

描述

SEL

8

输入

总线数据选择，选择两个十六位中的一个，用于接收器1或2

/DR1

6

输出

接收器1数据可以读取标志

/DR2

7

输出

接收器2数据可以读取标志

/EN1

9

输入

接收器1中的数据输出到总线上

/EN2

10

输入

接收器2中的数据输出到总线上

/MR

39

输入

复位信号

ENTX

33

输入

发送使能信号，使数据从HS-3182的FIFO发送到429总线上

/PL1

28

输入

第1个16位字发送到FIFO中

/PL2

29

输入

第2个16位字发送到FIFO中

TX/R

30

输出

发送存储器FIFO为空标志

/CWSTR

34

输入

控制字锁存到控制寄存器

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。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；