基于80C196KC的ARINC429总线接口板设计

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。

2           ARINC429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为核心，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最为流行，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

表2. WORD2与ARINC429总线数据位的关系

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（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2 HS-3282和HS-3182的连接图

3.2 ARINC429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

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核心。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;            //发送禁止

}

5         结论

基于16位单片机的ARINC429总线接口板利用高性能的专用芯片组HS3282和HS3182来设计总线接口，由于该芯片能很好的满足ARINC429协议，给接口板的设计带来了很大的方便，经实际利用简单有效，并且具有很高的可靠性。