基于低成本多速率的手持式429總線測試儀的設計

成都飛亞航空設備應用研究所有限公司 劉克林

基于低成本多速率的手持式429總線測試儀的設計

成都飛亞航空設備應用研究所有限公司 劉克林

按照檢測設備"三化"的要求,本文設計及實現了基于RISC精簡指令集架構、高速處理能力的AVR單片機為核心,并輔助MAX232等芯片及鍵盤、顯示屏等外圍器件設計了一種低成本多速率的手持式429總線測試儀。該測試儀以微處理器技術為基礎,并結合當今先進的測試測量技術和總線通信技術成功實現了429總線測試。測試儀不僅實現了12.5kbps、50kbps和100kbps三種速率的總線測試,還可根據不同的速率進行升級,體現出了測試儀具備的高可靠性、較強的擴展性及適用性。實踐證明,該測試儀能夠滿足12.5kbps、50kbps和100kbps三種速率的429總線測試要求,運行可靠、體積小、重量輕、操作簡便及攜帶方便等特點,具有較好的應用前景。

429總線測試;AVR總線通信技術;低成本;多速率;手持式

1.引言

上世紀60、70年代以前,機載電子設備之間連接需要大量的電纜,這會占用很大的空間和重量,測試也復雜,成本也較高。目前自動化程度較高的飛機使用了數據總線,克服了以上弊端。這些數據總線包括ARINC429、1553B、CSDB等,在對飛機及部件進行維修、測試時常需要對總線進行測試,其中ARINC429總線得到了最為廣泛的應用。ARINC429是美國無線電公司制訂的一種總線協議,采用低速(12.5kbps)和高速(100Kbps)兩種速率。俄制軍用飛機選用了類似的總線標準(ГСОТ18977-97),一般采用50kbps的速率。我國也有與之對應的標準,通常采用HS3282或DE11016芯片實現429總線數據收發,但這兩種芯片只支持12.5kbps和100Kbps兩種速率,不能在俄制裝備的相關設備中使用,市場上能支持12.5kbps、50kbps和100kbps三種速率的429總線測試設備多數是采用工控機上并加裝429總線板卡的方案,這種測試設備體積大,攜帶不方便,而且價格昂貴。本文以RISC精簡指令集架構、具有接近1MIPS/1MHz的高速處理能力、片上資源豐富的新型AVR單片機ATmega128為核心微處理器技術,輔助MAX232等通用芯片、電路設計了多速率429總線收發模塊的總線通信技術,并結合基于AVR單片機微處理器的C語言控制軟件技術,實現了支持12.5kbps、50kbps和100kbps三種速率的體積小、重量輕且攜帶方便手持式429總線測試儀。

2.系統設計

2.1 硬件設計

測試儀以微處理器技術為基礎,并結合當今先進的測試測量技術總線通信技術及軟件技術成功實現了429總線測試。在微處理器的控制之下,測試儀接收輸入單元的指令,通過控制單元實現429收發單元的控制,在相應的驅動軟件和應用軟件的控制之下,進行設置與操作、命令發送與接收、通過429總線將通信數據轉換成相應的專用數據信息,同時,模擬相應的數據信息與被測對象進行交互式通信等完成相關功能的測試。

按照總線測試儀的測試規范及工藝操作流程要求,系統由顯示單元、鍵盤及開關輸入單元、控制單元、429接收及緩沖單元、429產生及驅動單元、鋰電池及電源管理單元等組成。系統具有的功能有:自檢、電源管理、通信控制、數據處理等。整個系統分六個子系統,系統功能結構如圖所示,各個系統相互配合,完成最終測試任務。

手持式測試儀為便于外場使用,電源部分采用DC9V電池或者外接AC220V轉9V適配器供電。測試儀設計了電源管理電路,當外接AC220V轉9V適配器供電時,電池供電自動斷開。如果電池電壓太低,測試儀將給出電池電壓低標志,同時聲控報警,提醒用戶及時充電,以免影響系統的正常工作,電池供電可持續供電8小時。為了節省電能,系統充分利用睡眠模式,如系統檢測到5分鐘內沒有任何鍵按下,液晶屏背光將自動關閉;如果10分鐘內沒有任何鍵按下,系統將通過蜂鳴器進行報警10秒,然后將自動關閉A/ D、UART、液晶顯示等模塊,并時入掉電模式(POWER-DOWN MODE),按下任一按鍵可激活整個系統。

控制單元以AVR單片機微處理器為核心配合外圍電路來實現,采用16M外置晶體振蕩器,以保證系統能快速處理100kbps速率的429總線數據而不丟失。兩個8位定時器、兩個16位定時器和8個外中斷足夠系統使用。系統自帶的存儲系統已滿足系統測試數據的保存,考慮到測試儀的可擴展性,本測試儀還擴展了一片存儲芯片。

本檢測儀按鍵采用5列X6行矩陣鍵盤,軟件換向鍵盤掃法,調用鍵盤掃描程序,記錄下行和列鍵值,從而確定哪個鍵被按下。

該檢測儀采用金鵬電子公司的OCMJ4X8B-1中文液晶顯示屏,該屏可實現漢字、ASCII碼、點陣圖形和變化曲線的同屏顯示,128X64象素圖形點陣液晶屏,可顯8行漢字,工作溫度可達-20℃～70℃,非常適用于手持式儀器,標準用戶硬件接口REQ/ BUSY握手通訊協議,簡單可靠,采用4線SPI模式,只要5根線與單片機相連接,與ATMEGA128接口電平兼容。

ARINC429數據總線由雙絞屏蔽線組成,三種狀態的邏輯電平傳輸二進制數據流。數據流由帶有奇偶校驗的32位消息字構成,在連續傳輸的消息字之間至少有4個位時的時間間隔。數據的前8位是標號位(LABEL),后24位是數據部分。標號位標記出數據部分的信息類型,也就是傳送的數據的屬性。比如,標號為八進制數030,表示傳送的是VHF頻率信息,標號為八進制數201,表示傳送的是DME數據。硬件電路上,429收發單元接收部分采用三極管電路即可實現,發送電路通過反向器及常用的MAX232串口通信芯片,配合系統軟件即可完成。

2.2 軟件設計

系統借助微處理器開發平臺,自定義操作界面,采用模塊化設計。整個系統軟件的運行圍繞按鍵控制進行,軟件的編寫也以鍵盤按鍵為基礎。標識著系統當前的狀態名稱,每一條線都表示一種循環。在該狀態中,系統一直等的按鍵按下,如果有,系統立即掃描按鍵,得出鍵值,并與直線下方的按鍵進行比較,如有相同的按鍵,馬上執行該鍵對應的程序。例如在準備接收狀態,如果"BACKDROP"鍵選擇,液晶屏背光由ON(亮)變為OFF(滅)或者由滅變為亮;"SPEED"鍵按下,429總線頻率將在LO(12.5kbps)、ME(50kbps)和HI(100kbps)之間相互轉換;"PARITY"鍵用于429總線數據選擇是ODD(偶校驗)還是EVE(奇校驗)校驗方式;"MODE"鍵用來選擇是RI(接收)還是TI(發送)方式;"DISPLAY"鍵選擇數據是HEX(十六進制)進制顯示,還是ENG(工程數據)進行顯示。如:顯示工程數據為"0012.0000 KNOTS",表示收到的空速為12KNOTS。具體數據請參考被測試件工藝。

3.結束語

鑒于現代總線測試設備的要求,本總線測試儀摒棄了傳統采用HS3282或DE11016芯片設計429總線收發模塊的方法,而采用高速處理能力AVR處理器為核心,并輔助MAX232等芯片及鍵盤顯示屏等外圍器件及相應的測試軟件的方案來實現,在設計時采用的模塊化結構、微處理器技術及靈活的軟件程序,成功實現了對美制及俄制的不同機型和設備的12.5kbps、50kbps和100kbps三種速率的429總線測試,并進而保證了系統在可靠性、便捷性、適用性及經濟性方面的需求。同時,該總線測試儀已經在多個部隊及航空中心修理廠內、外場等不同場合對大氣數據計算機、飛行控制計算機、控顯組件等進行了測試,得到了成功的應用。