基于MSP430單片機(jī)實(shí)現(xiàn)ARINC429總線通訊的硬件設(shè)計(jì)
時(shí)間：2010-06-13 15:45:52
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ARINC429
硬件設(shè)計(jì)
總線通訊
MSP430單片機(jī)
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[導(dǎo)讀]本文以超低功耗和安全實(shí)用為方向，以低功耗的MSP430單片機(jī)和ARNIC429總線為技術(shù)手段，提供了一套以發(fā)射導(dǎo)航檢測(cè)信號(hào)為主的手持設(shè)備的硬件方案，本系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中效果穩(wěn)定可靠，具有較好的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。
0 引言
ARINC429航空通訊總線是一種常用的慣導(dǎo)系統(tǒng)通訊總線。由于該總線的功能相對(duì)獨(dú)立，航空電子系統(tǒng)逐步走向綜合，各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊變得更加頻繁。因此，研制一種基于ARINC429總線標(biāo)準(zhǔn)多種導(dǎo)航檢測(cè)信號(hào)的手持設(shè)備，就可以為雷達(dá)導(dǎo)航測(cè)試人員提供很多方便。
1 ARINC429總線簡(jiǎn)介
ARINC429總線標(biāo)準(zhǔn)又稱為Mark33數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)，由美國(guó)航空無線電公司(ARINC)頒布實(shí)施。我國(guó)在航空電子設(shè)備(諸如GPS、慣導(dǎo)系統(tǒng)、電子飛行儀表)中也大量采用了ARINC429規(guī)范與外設(shè)進(jìn)行通訊。此總線允許一個(gè)發(fā)送器和最多20個(gè)接收器進(jìn)行一對(duì)單向、差分耦合、雙絞屏蔽線信號(hào)傳輸。該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字分25 bits和32bits兩種，以雙級(jí)歸零碼的形式發(fā)送。傳輸速率分成12.5 kB／s(低速)或100 kB／s(高速)兩種，傳輸協(xié)議采用簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式。ARINC429總線數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度為32位比特，可以分為五部分：奇偶校驗(yàn)位(P)、符號(hào)／狀態(tài)位(SM)、數(shù)據(jù)位(DATA)、源，目標(biāo)標(biāo)識(shí)位(SDI)和標(biāo)號(hào)位(LABEL)，發(fā)送順序?yàn)闃?biāo)號(hào)位、源／目標(biāo)標(biāo)識(shí)位、數(shù)據(jù)位、符號(hào)／狀態(tài)位、奇偶校驗(yàn)位，其中標(biāo)號(hào)位比較特殊，采用先發(fā)高位后發(fā)低位的表現(xiàn)形式。
2 手持設(shè)備系統(tǒng)硬件方案
本設(shè)計(jì)中的主處理器可選擇美國(guó)TI公司的MSP430系列16位工業(yè)級(jí)超低功耗單片機(jī)MSP430F449IPZ。該產(chǎn)品帶有48個(gè)I／O引腳和60KB存儲(chǔ)空間，并集成有專用的鍵盤和LCD驅(qū)動(dòng)接口，因而比較容易維護(hù)，性價(jià)比和工作可靠性都較高，有利于系統(tǒng)硬件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。MSP430具有超低功耗特性，一般模式下的工作電流僅280μA，省電模式下的工作電流僅1.1μA，故可極大地延長(zhǎng)電池壽命。
該調(diào)試儀的顯示部分選用小型矩形單色LCD顯示器。鍵盤選用小型鍵盤接口模塊，僅需配置“POWER”、“MOD”及上下選擇按鈕共四個(gè)鍵，可以減小設(shè)備的外形尺寸，并可簡(jiǎn)化該調(diào)試儀的操作步驟，使用十分簡(jiǎn)單、方便。MSP430系統(tǒng)需擴(kuò)展一片RAM，以動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)各種運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)。而由于MSP430系列單片機(jī)內(nèi)部有足夠的FLASH存儲(chǔ)器空間，故無需再擴(kuò)展ROM。這樣，整個(gè)設(shè)備體積可不超過160 mm×100 mm×50 mm，有利于操作。
手持導(dǎo)航設(shè)備信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)硬件連接框圖如圖1所示。圖中，ARINC429數(shù)據(jù)通訊可選用HARRIS公司的HS3282和HS3182接口芯片配合完成。其中HS3282芯片的信號(hào)傳輸速率為100 kB／s或12.5 kB／s，采用單電源+5 V供電，芯片由兩個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器組成，接收器和發(fā)送器可分別獨(dú)立工作。兩個(gè)分別獨(dú)立的接收器直接與ARINCA29總線相連，而不需電平轉(zhuǎn)換。接收器以10倍于接收數(shù)據(jù)速率的頻率工作，字長(zhǎng)25位或者32位，接收到的數(shù)據(jù)帶有奇偶校驗(yàn)狀態(tài)。發(fā)送器主要由先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器和定時(shí)電路組成。FIFO存儲(chǔ)器用于保存串行傳輸8個(gè)ARINCA29數(shù)據(jù)字，內(nèi)部定時(shí)器可自動(dòng)調(diào)整字間隔，并自動(dòng)產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)位。HS3282芯片的發(fā)送器可將兩個(gè)16位的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位TTL電平的串行數(shù)據(jù)，并經(jīng)過與其配套的總線驅(qū)動(dòng)芯片HS3182將電平轉(zhuǎn)換為雙極性歸零碼發(fā)送到ARINCA29數(shù)據(jù)總線上。其硬件設(shè)計(jì)原理如圖2所示。圖2中，HS3282采用5 V供電，數(shù)據(jù)傳輸速率為100 kB／s，可外接1MHz晶振。MR復(fù)位低有效可接單片機(jī)P4.2，由于系統(tǒng)僅用來發(fā)送測(cè)試信號(hào)時(shí)為單向傳輸，故不需要兩路接收。由于MSP430是16位單片機(jī)，故也不需要8位鎖存器，它的16位數(shù)據(jù)總線可連接到單片機(jī)P2和P3的兩組引腳。發(fā)送時(shí)，HS3282為前級(jí)輸出，HS3182通過Aout和Bout引腳為正式差分輸出。另外，MSP430內(nèi)部集成有LCD驅(qū)動(dòng)電路，故可直接連接LCD接口，其系統(tǒng)原理圖如圖3(見第32頁)所示。
3 結(jié)束語
本文以超低功耗和安全實(shí)用為方向，以低功耗的MSP430單片機(jī)和ARNIC429總線為技術(shù)手段，提供了一套以發(fā)射導(dǎo)航檢測(cè)信號(hào)為主的手持設(shè)備的硬件方案，本系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中效果穩(wěn)定可靠，具有較好的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。
ARINC429航空通訊總線是一種常用的慣導(dǎo)系統(tǒng)通訊總線。由于該總線的功能相對(duì)獨(dú)立，航空電子系統(tǒng)逐步走向綜合，各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊變得更加頻繁。因此，研制一種基于ARINC429總線標(biāo)準(zhǔn)多種導(dǎo)航檢測(cè)信號(hào)的手持設(shè)備，就可以為雷達(dá)導(dǎo)航測(cè)試人員提供很多方便。
1 ARINC429總線簡(jiǎn)介
ARINC429總線標(biāo)準(zhǔn)又稱為Mark33數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)，由美國(guó)航空無線電公司(ARINC)頒布實(shí)施。我國(guó)在航空電子設(shè)備(諸如GPS、慣導(dǎo)系統(tǒng)、電子飛行儀表)中也大量采用了ARINC429規(guī)范與外設(shè)進(jìn)行通訊。此總線允許一個(gè)發(fā)送器和最多20個(gè)接收器進(jìn)行一對(duì)單向、差分耦合、雙絞屏蔽線信號(hào)傳輸。該標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)字分25 bits和32bits兩種，以雙級(jí)歸零碼的形式發(fā)送。傳輸速率分成12.5 kB／s(低速)或100 kB／s(高速)兩種，傳輸協(xié)議采用簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式。ARINC429總線數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度為32位比特，可以分為五部分：奇偶校驗(yàn)位(P)、符號(hào)／狀態(tài)位(SM)、數(shù)據(jù)位(DATA)、源，目標(biāo)標(biāo)識(shí)位(SDI)和標(biāo)號(hào)位(LABEL)，發(fā)送順序?yàn)闃?biāo)號(hào)位、源／目標(biāo)標(biāo)識(shí)位、數(shù)據(jù)位、符號(hào)／狀態(tài)位、奇偶校驗(yàn)位，其中標(biāo)號(hào)位比較特殊，采用先發(fā)高位后發(fā)低位的表現(xiàn)形式。
2 手持設(shè)備系統(tǒng)硬件方案
本設(shè)計(jì)中的主處理器可選擇美國(guó)TI公司的MSP430系列16位工業(yè)級(jí)超低功耗單片機(jī)MSP430F449IPZ。該產(chǎn)品帶有48個(gè)I／O引腳和60KB存儲(chǔ)空間，并集成有專用的鍵盤和LCD驅(qū)動(dòng)接口，因而比較容易維護(hù)，性價(jià)比和工作可靠性都較高，有利于系統(tǒng)硬件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。MSP430具有超低功耗特性，一般模式下的工作電流僅280μA，省電模式下的工作電流僅1.1μA，故可極大地延長(zhǎng)電池壽命。
該調(diào)試儀的顯示部分選用小型矩形單色LCD顯示器。鍵盤選用小型鍵盤接口模塊，僅需配置“POWER”、“MOD”及上下選擇按鈕共四個(gè)鍵，可以減小設(shè)備的外形尺寸，并可簡(jiǎn)化該調(diào)試儀的操作步驟，使用十分簡(jiǎn)單、方便。MSP430系統(tǒng)需擴(kuò)展一片RAM，以動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)各種運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)。而由于MSP430系列單片機(jī)內(nèi)部有足夠的FLASH存儲(chǔ)器空間，故無需再擴(kuò)展ROM。這樣，整個(gè)設(shè)備體積可不超過160 mm×100 mm×50 mm，有利于操作。
手持導(dǎo)航設(shè)備信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)硬件連接框圖如圖1所示。圖中，ARINC429數(shù)據(jù)通訊可選用HARRIS公司的HS3282和HS3182接口芯片配合完成。其中HS3282芯片的信號(hào)傳輸速率為100 kB／s或12.5 kB／s，采用單電源+5 V供電，芯片由兩個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)送器組成，接收器和發(fā)送器可分別獨(dú)立工作。兩個(gè)分別獨(dú)立的接收器直接與ARINCA29總線相連，而不需電平轉(zhuǎn)換。接收器以10倍于接收數(shù)據(jù)速率的頻率工作，字長(zhǎng)25位或者32位，接收到的數(shù)據(jù)帶有奇偶校驗(yàn)狀態(tài)。發(fā)送器主要由先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器和定時(shí)電路組成。FIFO存儲(chǔ)器用于保存串行傳輸8個(gè)ARINCA29數(shù)據(jù)字，內(nèi)部定時(shí)器可自動(dòng)調(diào)整字間隔，并自動(dòng)產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)位。HS3282芯片的發(fā)送器可將兩個(gè)16位的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位TTL電平的串行數(shù)據(jù)，并經(jīng)過與其配套的總線驅(qū)動(dòng)芯片HS3182將電平轉(zhuǎn)換為雙極性歸零碼發(fā)送到ARINCA29數(shù)據(jù)總線上。其硬件設(shè)計(jì)原理如圖2所示。圖2中，HS3282采用5 V供電，數(shù)據(jù)傳輸速率為100 kB／s，可外接1MHz晶振。MR復(fù)位低有效可接單片機(jī)P4.2，由于系統(tǒng)僅用來發(fā)送測(cè)試信號(hào)時(shí)為單向傳輸，故不需要兩路接收。由于MSP430是16位單片機(jī)，故也不需要8位鎖存器，它的16位數(shù)據(jù)總線可連接到單片機(jī)P2和P3的兩組引腳。發(fā)送時(shí)，HS3282為前級(jí)輸出，HS3182通過Aout和Bout引腳為正式差分輸出。另外，MSP430內(nèi)部集成有LCD驅(qū)動(dòng)電路，故可直接連接LCD接口，其系統(tǒng)原理圖如圖3(見第32頁)所示。
3 結(jié)束語
本文以超低功耗和安全實(shí)用為方向，以低功耗的MSP430單片機(jī)和ARNIC429總線為技術(shù)手段，提供了一套以發(fā)射導(dǎo)航檢測(cè)信號(hào)為主的手持設(shè)備的硬件方案，本系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中效果穩(wěn)定可靠，具有較好的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。
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