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基于80C196KC的ARINC429總線接口板設(shè)計

　　【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，可以方便的和計算機(jī)相連進(jìn)行軟件開發(fā)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收／發(fā)送及格式的轉(zhuǎn)換。

　　１ 引言

　　ＡＲＩＮＣ４２９總線是美國航空無線電公司（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，我國信息產(chǎn)業(yè)部也于１９８６年參考ＡＲＩＮＣ４２９標(biāo)準(zhǔn)頒布實施了我國自己的航空通信標(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)板多是直接插到計算機(jī)的主板接口上，實現(xiàn)起來過于麻煩，并且要編寫相應(yīng)得驅(qū)動程序來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和存儲。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，它既可以通過串口連接到計算機(jī)上，同時又可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在收發(fā)板的存儲和顯示，設(shè)計簡單，便于攜帶，給ＡＲＩＮＣ４２９總線的檢測帶來了很大的方便。

　　2�。粒遥桑危茫矗玻箍偩�的傳輸標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)整體設(shè)計

　�。粒遥桑危茫矗玻箙f(xié)議規(guī)定以串行方式實現(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發(fā)送設(shè)備，可以同時有多（不超過２０個）個接收設(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，無論那種格式都包括８位標(biāo)志位、

　�。蔽黄媾夹ｒ炍缓蛢晌粻顟B(tài)位，兩種傳輸格式的不同只是攜帶數(shù)據(jù)的長度不同，數(shù)據(jù)的傳輸速率有１００Ｋｂｐｓ和１２．５Ｋｂｐｓ兩種，既可以實現(xiàn)高速傳輸又可以低速傳輸［１］。

　　接口板設(shè)計的目的是能夠?qū)崿F(xiàn)對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信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計算機(jī)或其它設(shè)備，又可將計算機(jī)或其它設(shè)備發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)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(jī)ＭＣＳ－８０Ｃ１９６ＫＣ為核心，實現(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)的存儲和顯示以及和計算機(jī)的接口［３］［４］。ＡＲＩＮＣ４２９總線協(xié)議芯片ＨＳ－３２８２完成發(fā)送時數(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)動芯片，可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部邏輯信號與ＡＲＩＮＣ４２９所要求的差分信號的轉(zhuǎn)換，同時可以作為發(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

　�。粒遥桑危茫矗玻箍偩�協(xié)議芯片和驅(qū)動芯片

　�。粒遥桑危茫矗玻沟慕邮针娐芬呀�(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最為流行，ＨＳ－３２８２是總線協(xié)議芯片，ＨＳ－３１８２是總線驅(qū)動芯片，都滿足ＡＲＩＮＣ４２９的通信標(biāo)準(zhǔn)。

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

　　從表１和表２可以看出，ＡＲＩＮＣ４２９的數(shù)據(jù)位和計算機(jī)的數(shù)據(jù)位并不是一一對應(yīng)的，在ＷＯＲＤ１中有標(biāo)志位、奇偶校驗位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，有時會帶來不便，但計算機(jī)采集來的數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用到ＷＯＲＤ２上，在發(fā)送數(shù)據(jù)時會非常方便。

　　ＨＳ－３１８２是作為ＡＲＩＮＣ４２９總線的發(fā)送設(shè)備完成兩路信號的差分驅(qū)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(yīng)ＡＲＩＮＣ４２９總線的高速狀態(tài)（１００Ｋｂｐｓ）、為３００ｐＦ時對應(yīng)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２�。龋樱�３２８２和ＨＳ－３１８２的連接圖

　�。常�２　ＡＲＩＮＣ４２９總線收發(fā)硬件電路

　　硬件的計算機(jī)系統(tǒng)采用Ｉｎｔｅｌ的１６位單片機(jī)８０Ｃ１９６ＫＣ，該ＣＰＵ可以動態(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的接口比較簡單，發(fā)送時常和ＨＳ－３１８２相配合使用，因為ＨＳ－３２８２的數(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(jī)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：　　

　　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(chǎn)生ＲＥＡＤＹ，因此對這兩個信號加一個與非門既可以產(chǎn)生ＲＥＡＤＹ信號。

　�。� 軟件設(shè)計

　�。龋樱常玻福驳氖瞻l(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(shè)計

　　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：�。蔽黄鹗嘉唬ǎ埃�，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

　　數(shù)據(jù)的接收以中斷響應(yīng)的處理為核心。ＨＳ３２８２有兩路接收通道，這兩個接收通道標(biāo)志位／ＤＲ１、／ＤＲ２共享一個中斷，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)計中已經(jīng)考慮到了這種問題，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，通過軟件檢測方式判斷是哪一路引起的中斷，其軟件設(shè)計如下：

　�。遥澹悖澹椋觯澹颍模幔簦幔ǎ悖瑁幔颉。�ｄａｔａ）

　�。�

　�。椋妫ǎ校埃�０＝＝０）　　　　　　　　�。�／Ｐ０．０＝／ＤＲ１

　　｛　�。校保�３＝０；　　　　　　　　�。�／Ｐ１．３＝ＳＥＬ

　�。校保�４＝０；　　　　　　　　�。�／Ｐ１．４＝／ＥＮ１

　�。�ｄａｔａ＝Ｐ３；

　　＊（ｄａｔａ＋１）＝Ｐ４；　　　／／接收低１６位

　�。校保�３＝０；

　　Ｐ１．４＝１；

　�。校保�４＝０；

　�。�（ｄａｔａ＋２）＝Ｐ３；

　�。�（ｄａｔａ＋３）＝Ｐ４；　　　／／接收高１６位

　�。�

　　ｅｌｓｅ

　�。椋妫ǎ校埃�１＝＝０）　　　　　�。�／Ｐ０．１＝／ＤＲ２

　　｛�。校保�３＝０；

　�。校保�５＝０；

　�。�ｄａｔａ＝Ｐ３；

　�。�（ｄａｔａ＋１）＝Ｐ４；　　�。�／接收低１６位

　�。校保�３＝０；

　�。校保�５＝１；

　�。校保�５＝０；

　　＊（ｄａｔａ＋２）＝Ｐ３；

　　＊（ｄａｔａ＋３）＝Ｐ４；　　　／／接收高１６位

　�。�

　�。�

　　發(fā)送程序設(shè)計

　　在數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中，ＰＣ機(jī)通過串口把數(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，接收到一個完整的數(shù)據(jù)字。同時單片機(jī)向ＨＳ３２８２寫入一個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。通過啟動ＨＳ３２８２的引腳ＥＮＴＸ發(fā)送控制信號，ＨＳ３２８２將自動發(fā)送數(shù)據(jù)，其標(biāo)準(zhǔn)滿足ＡＲＩＮＣ４２９協(xié)議，單片機(jī)檢測到ＴＸ／Ｒ為高，即數(shù)據(jù)發(fā)送完成時將ＥＮＴＸ置低。發(fā)送函數(shù)如下所示：

　�。樱澹睿洌模幔簦幔ǎ悖瑁幔颉。�ｄａｔａ）

　�。��。校保�６＝０；　　　　　　　　　　　�。�／Ｐ１．６＝ＰＬ１

　�。校常剑�ｄａｔａ；

　�。校矗剑�（ｄａｔａ＋１）；　　　　　�。�／低１６位

　�。校保�６＝１；　　　　　　　　　　　�。�／上升沿寫入

　　Ｐ１．７＝０；　　　　　　　　　　　　／／Ｐ１．７＝ＰＬ２

　�。校常剑�（ｄａｔａ＋２）；

　　Ｐ４＝＊（ｄａｔａ＋３）；　　　　　　／／高１６位

　�。校保�７＝１；　　　　　　　　　　　�。�／上升沿寫入

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

　�。鳎瑁椋欤澹ǎ校埃�２）；　　　　　　　／／Ｐ０．２＝ＴＸ／Ｒ，檢查是否發(fā)送完成

　�。校玻�６＝１；　　　　　　　　　　　　／／發(fā)送禁止

　�。�

　�。怠〗Y(jié)論

　　基于１６位單片機(jī)的ＡＲＩＮＣ４２９總線接口板利用高性能的專用芯片組ＨＳ３２８２和ＨＳ３１８２來設(shè)計總線接口，由于該芯片能很好的滿足ＡＲＩＮＣ４２９協(xié)議，給接口板的設(shè)計帶來了很大的方便，經(jīng)實際利用簡單有效，并且具有很高的可靠性。

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