0 引言
為了解決許多航空設(shè)備采用的航空總線種類各異,，難以互相兼容的問題,，現(xiàn)代飛機航空電子系統(tǒng)要求各機載航空設(shè)備使用統(tǒng)一的航空總線，以方便系統(tǒng)集成,。ARINC429總線是航空電子設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮娇展I(yè)標準,，具有接口方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點,，目前已經(jīng)是航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的航空電子總線,。ARINC429是美國航空無線電公司(ARINC)制定的航空數(shù)字總線傳輸標準，屬單向數(shù)據(jù)總線,，可由兩根獨立總線實現(xiàn)雙向傳輸,，數(shù)據(jù)傳輸率為12．5～100 Kb／s，傳輸字為32位,?？偩€上的發(fā)送器只能有一個，而接收器可多達20個,。國內(nèi)外研究和實現(xiàn)ARINC429總線通信的文獻很多,，接口豐富且使用廣泛。文獻采用FPGA實現(xiàn)了ARINCA29的接口轉(zhuǎn)換為通用的USB接口,。文獻采用C8051單片機為核心,，在測控ARINC429總線數(shù)據(jù)的同時,，還能夠監(jiān)測總線上電氣特性的變化。文獻研究了基于PC／104總線結(jié)構(gòu)的ARINCA29總線測控系統(tǒng),，可以完成多路429總線數(shù)據(jù)的實時接收和發(fā)送功能,。文獻研究了基于FPGA的ARINCA29總線接收發(fā)送系統(tǒng)，實現(xiàn)四路ARINCA29信號接收和兩路發(fā)送的功能,。雖然采用ARINCA29總線通信的研究很多,，但還未見用于雷達導(dǎo)航儀測控的報道。隨著國產(chǎn)雷達導(dǎo)航儀的體積不斷優(yōu)化,，功能日益復(fù)雜,，傳統(tǒng)的測控手段由于采用人工組裝、整機測試的方法,，已經(jīng)不能滿足新形勢下武器裝備的保障要求,。
本文采用低功耗16位單片機MSP430F449為主處理器，以集成電路HS3282和HS3182為主要通信芯片,，設(shè)計完成包括ARINC429總線通信在內(nèi)的雷達導(dǎo)航儀測控系統(tǒng),。此測控系統(tǒng)采用電池方式供電，可以手持方式工作,，高亮度液晶方式顯示,，提高測控系統(tǒng)可靠性和便攜性，能夠為導(dǎo)航儀提供各類導(dǎo)航檢測信號,，可以完成相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備的生產(chǎn)測試,、外場調(diào)試、后期維護等功能,。
1 ARINC429串行總線
ARINCA29總線是一種單向廣播式數(shù)據(jù)總線,，采用雙角屏蔽線傳輸信息，可由兩根獨立總線實現(xiàn)雙向傳輸,，數(shù)據(jù)傳輸率為：高速傳輸?shù)奈凰俾蕿?00 Kb／s±1％,，低速傳輸?shù)奈凰俾蕿?12．0～14．5)Kb／s±1％。ARINC429規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用雙極性歸零制的三態(tài)碼方式,，如圖1所示,，即調(diào)制信號由“高”、“零”和“低”狀態(tài)組成的三電平狀態(tài),。雙極性歸零碼的基本信號波形中攜帶了位同步信息,，位同步是由零狀態(tài)變至“高”或“低”狀態(tài)的這一狀態(tài)變化來識別。字同步是以傳輸周期間至少有四個位時的時間間隔為基準,，緊跟該字間隔后要發(fā)送的第一位起點即為新字的起點,。
ARINC429總線數(shù)據(jù)的基本信息單元是由32位構(gòu)成的一個數(shù)據(jù)字，每個數(shù)據(jù)字被分為5個基本區(qū)域,，即標志碼(LABEL),，源／目的識別碼(SDI),，數(shù)據(jù)區(qū)(DATA)，符號狀態(tài)位(SSM),，校驗位(PARITY),，ARINC429總線數(shù)據(jù)信號編碼舉例如圖1所示。
2 硬件及接口電路
接口的實現(xiàn)方式選用Intersil公司的HS3282芯片,，它支持ARINC429通信規(guī)范和其他串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,，采用+5 V供電。具有兩路接收,、一路發(fā)送的功能,。通道接收器之間也是獨立的并行接收，可以直接連接到ARINC429總線,，而不需電平轉(zhuǎn)換,。使用時和HS3182總線驅(qū)動器配合，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)進行二級差分驅(qū)動,，產(chǎn)生ARINC429總線的電平,。HS3282數(shù)據(jù)總線為16位，MSP430F449為16位單片機,，從而避免了8位單片機為解決系統(tǒng)總線匹配的問題需要采用鎖存器作為虛擬總線的煩惱,，提高了測控系統(tǒng)的可靠性。
具體設(shè)計思路為：首先利用一片HS3282和兩片HS3182配合使用形成兩路接收和兩路發(fā)送通道,。它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)收發(fā)、串并轉(zhuǎn)換的主體,。HS3282主要用來完成接收,、發(fā)送時所必須具備的串并、并串轉(zhuǎn)換功能,；HS3182用來完成對兩路輸出信號的差分驅(qū)動,，然后設(shè)計命令寄存器和狀態(tài)寄存器，用以完成對輸入,、輸出通道的選擇和對HS3282的控制字的設(shè)置,。該控制電路單片機無需外擴展電路，將32個I／O口的P0口和P2口用于數(shù)據(jù)傳輸功能,，實現(xiàn)對HS3282的16位數(shù)據(jù)傳輸功能,。把P1口及P3口的P3．3，P3．4作為控制信號與控制端引腳相連,，來控制HS3282數(shù)據(jù)收發(fā)操作,。測試數(shù)據(jù)由預(yù)先設(shè)置或手工輸入兩種方式完成。返回數(shù)據(jù)顯示到高亮度液晶顯示器上,。圖2為測控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,。
3 總體軟件設(shè)計
雷達導(dǎo)航儀智能測控系統(tǒng)以單片機為核心,，控制測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送、轉(zhuǎn)換,、接收,、顯示等功能。本系統(tǒng)中采用的MSP430F449單片機是TI公司的一款超低功耗的混合信號控制器,，它具有16位RISC結(jié)構(gòu),，150ns指令周期和簡潔的27條內(nèi)核指令，1．8～3．6 V的低工作電壓,，支持JTAG在線調(diào)試,。它還集成了豐富的外圍模塊，豐富的系統(tǒng)資源完全可以滿足雷達導(dǎo)航儀的測控要求,。
系統(tǒng)工作可分為三種主狀態(tài)：準備接收狀態(tài),，正在接收狀態(tài)和準備發(fā)送狀態(tài)。整個系統(tǒng)軟件的運行圍繞著按鍵控制進行的,，軟件的編寫也以鍵盤按鍵為基礎(chǔ),。圖3(a)為ARINCA29信號發(fā)送流程圖，圖3(b)為信號接收流程圖,，橢圓框里寫著系統(tǒng)當前的狀態(tài)名稱,，直線表示當前系統(tǒng)所處的狀態(tài)，圓形框表示按鍵,，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移走向,。每一條直線都表示一種循環(huán)的狀態(tài)，在該狀態(tài)中,，系統(tǒng)一直等待的按鍵按下,，如果有，系統(tǒng)立即掃描按鍵,，得出鍵值,，并與直線下方的按鍵進行比較，如有相同的按鍵,，馬上執(zhí)行該按鍵對應(yīng)的程序,。例如在準備接收狀態(tài)，如果背光鍵按下,，液晶屏背光則從亮變?yōu)闇缁驈臏缱優(yōu)榱?。頻率鍵按下后，ARINC429總線頻率將在12．5 Kb／s,，50 Kb／s和100 Kb／s之間相互轉(zhuǎn)換,。存儲鍵按下后，系統(tǒng)將跳到讀寫存儲器子狀態(tài),；確認鍵按下,，系統(tǒng)將跳到正在發(fā)送主狀態(tài),。使用類似的方法，為了簡化使用人員的操作步驟,，可以在使用時選擇手動或自動模式,。自動模式提供兩組默認的典型數(shù)據(jù)進行發(fā)送，以測試雷達導(dǎo)航儀的通信完好性,。當需要進行完備性測試時,，可以采用手動模式，這時可以進行任何信號及數(shù)值的通信,。
4 實驗與分析
對此便攜式低功耗雷達導(dǎo)航儀智能測控系統(tǒng)的測試內(nèi)容包括：發(fā)送數(shù)據(jù),、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)間隔等測試。由于HS3282的兩路輸出是差分輸出的,，所以只需要測試其中的一路就可以了,。智能測控系統(tǒng)現(xiàn)場波形如圖4所示，發(fā)送的數(shù)據(jù)采用自動模式,，控制字為奇校驗,。通過示波器直接觀察HS3282芯片的輸出信號，輸出電平是3．92 V,，滿足TTL的電平要求,。而數(shù)據(jù)之間的時間間隔，即組間數(shù)據(jù)4位間隔,。由單片機的延時程序即可完成,。
5 結(jié)語
目前，該測試系統(tǒng)已設(shè)計完成,，并交付航空某研究所的生產(chǎn)維修部門進行雷達導(dǎo)航儀的生產(chǎn)調(diào)試和外場測試使用,。實踐證明：系統(tǒng)采用手持方式工作的設(shè)計方案正確，能夠為導(dǎo)航儀提供各類導(dǎo)航檢測信號,，提高系統(tǒng)可靠性和便攜性，并且可以嚴格保證通信的實時性,。能夠很好地完成相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備的生產(chǎn)測試,、外場調(diào)試、后期維護等功能,，具有高度集成化,、智能化、接口標準化的優(yōu)點,。同時創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益,，使雷達導(dǎo)航設(shè)備的地面維修工作躍升到一個新水平。