某型雷達導引裝置串行數據總線轉換過程分析

■ 關震 劉煦/國營長虹機械廠

1 串行數據總線標準簡要介紹

根據導引裝置對應彈型掛載機火控系統的特點,并對總線數據轉換信號處理分機端口信號監測可知,輸入至總線數據轉換信號處理分機的數據總線是符合ГОCT18977/PTM1495標準的串行數據總線,該標準是俄羅斯航空電氣設備通信的總線標準,其數據格式和電氣特性類似于西方航空飛行器使用的ANSI-429串行總線,均采用了正負電壓的32位雙極性歸零碼。在規定的標準下串行碼信號可以在12kbps、48kbps、100kbps、250kbps幾種速率下工作。

根據ГОCT18977/PTM1495標準的建議,該類型總線采用了二進制碼作為所有系統間、全套設備間通信的統一語言。同時,它規定了通信中可以采用的四種數據的格式：二進制碼、二—十六進制碼、指令和標志碼,以及由字母、符號、數字組成的字節,字與字之間以一定間隔（不少于4位）分開,以此間隔作為字同步。其中,指令和標志碼字節結構數據結構如圖1所示。

一個32位數據字由四部分組成：

1) 標志位（LABEL）,用于標識傳輸數據的信息類型,1位～8位是標志位。

圖1 指令和標志碼字節結構數據結構

2) 數據區（DATA）,09位～28位或29位是數據區,根據字的類型可確定為是09位到29位,代表所確定的特定數據。如標號位是030,則9位到29位為控制指令數據,使用通用BNR編碼數據格式,即09位到29位。

3) 符號/狀態位（SSM）,用于標識數據字的特征或數據發生器的狀態；29位到30位或31位為符號/狀態位,根據字的類型號為29位或30位到31位。它指出數據的特性,如南、北、正、負及其狀態等。在甚高頻內使用30位到31位。

4) 奇偶校驗位（PARITY）,用于檢查發送的數據是否有效。檢查方法是當由1位到31位所出現的高電平的位數（即1的數）的總和為偶數時,則在第32位上為“1”；如果為奇數,則顯示為“0”。

ГОCT18977標準還規定了總線電平的標準：高電平（＋10V）為邏輯1,低電平（-10V）為邏輯0,0電平（0V）發送自身時鐘脈沖,如表1所示。

表1 ГОCT18977信號的電平標準

2 總線數據轉換過程

根據導引裝置使用情況,結合總線數據轉換信號處理分機電路結構可知,被測試的導引裝置在開展地面測試時,通過測試設備外部輸入總線數據,控制導引裝置工作狀態；當裝備掛飛時,由飛機通過串行總線設置導引裝置的目標方位信息及距離標志,由此可見,串行總線數據應該是選用了指令和標志碼字節結構數據。這些串行數據在經電平轉換后,由表1中的電平標準轉換為符合TTL電氣標準的數字信號。在移位脈沖信號的作用下,通過移位寄存器將串行數據按照圖1的數據格式獲取數據段信息（即第9位至第29位數據）,逐步分立、轉換為并行信號,這些并行信號再經過其他信號電路處理后,分別形成指令信號、狀態信號、天線控制信號。總線解碼電路原理框圖如圖2所示。

圖2 總線解碼電路原理框圖

圖3 信號轉換過程原理框圖

信號轉換過程原理框圖如圖3所示,該電路由電平轉換電路、數據轉換1電路、記憶電路1、譯碼電路、計數電路、模擬開關電路及驅動緩沖等組成。元器件包括14個4位移位寄存器533ИP16、9個可預置計數器533ИЕ7、6個J-K觸發器533TB6、6個運算放大器УД601Б、2個模擬開關OCM1127KH3、1個3-8線譯碼器533ИД7、三極管陣列、門電路及集成電阻等。

轉換后的并行數據經處理后,主要用于模擬導引裝置與目標的距離標志、模擬飛行狀態控制號、模擬飛行斜率信號。

圖4 總線數據轉換原理框圖

2.1 距離標志產生電路

根據總線數據轉換原理圖（如圖4所示）,距離標志產生電路主要由移位寄存器組成。總線數據經過電平轉換處理的串行數據通過端口D22C、D22A進入移位寄存器D43,由距離計算板輸出的脈沖信號作為同步時鐘,經觸發器整形后產生移位寄存器D65、D66、D76、D77、D78的移位時鐘信號,進行移位控制,并將數據輸入下一級移位寄存器電路及3-8線譯碼器電路。該電路把串行數據轉換為并行數據1P、4P、6P、8P、9P、10P、11P,ЦNФ2P、ЦNФ3P、ЦNФ5P、ЦNФ7P、ЦNФ12Р,分別進入距離計算、總線數據轉換信號處理分機進行處理、控制。上述信號作為模擬導引裝置與目標的距離標志,指令控制信號處理分機根據這些標志信號產生控制指令,同時實現距離測試信號處理分機模擬距離測量的功能。

2.2 控制信號產生電路

根據圖4所示,輸出分機控制信號電路經過移位寄存器初步轉換,通過D64、D74、D75、D76移位寄存器再次轉換后形成并行數據,通過J-K觸發器整形、控制,由3-8線譯碼器轉換后,根據總線內容控制輸出不同的譯碼信號通過控制門電路,輸出Ком.С、Vo、ДПП、ДBП、БК等控制信號,進入指令控制信號處理分機。

2.3 模擬裝備飛行斜率

模擬裝備飛行的斜率電路由移位寄存器、門電路、J-K觸發器、計數器、模擬開關及運放電路組成,主要產生滾動斜率、航向斜率、俯仰斜率模擬電壓。

移位寄存器D45、D55、D47、D57、D46、D56在外部同步脈沖信號的作用下,第6、第8控制端預置為高電平,按照移位寄存器預定的邏輯關系,當CP2時鐘信號的下降沿到達時,將預置并行4位數據直接輸出,其數據輸出到可預置的十六進制計數器D48、D49、D50、D67、D68、D69。

表2為移位寄存器533ИP1真值表,器件SE端口為數據方向選擇端口,低電平時在CP1時鐘的作用下,從DS端口讀入串行數據,從Qn端口輸出并行數據,數據依次從低位向高位逐一讀出,實現串行—并行轉換功能。當SE端口輸入高電平時,在CP2脈沖下降沿的作用下載入Pn端口預置的并行數據。當SE端口處在電平轉換過程中,數據輸出端口無變化或不識別SE端口脈沖。

表2 533ИР1移位寄存器真值表

圖5 計數器引腳分布圖

根據圖5所示,用于并行數據計數的十六進制計數器133ИЕ7第14管腳為清零端,高電平有效；計數器第14引腳為低電平,第13引腳為計數器時鐘信號輸入端,第4引腳置高電平。則計數器根據預置數字進行減法計數。

計數器對輸入的脈沖進行計數,如脈沖計數大于12后產生計數溢出信號,該溢出信號進入J-K觸發器D7A、D8A、D8B,距離測試輸出的f4脈沖信號經計數器D9、D10計數后,產生計數溢出信號,經反向后作為J-K觸發器D7A、D8A、D8B的時鐘信號。J-K觸發器D7A、D8A、D8B的信號經門電路進入模擬開關D31、D32的開關控制端,根據不同的開關控制時序切換滾動斜率、航向斜率、俯仰斜率電壓的輸出,并由運算放大器緩沖后輸出至2505-02信號處理分機。

為梳理距離標志信號輸出、天線角度控制、斜率電壓輸出與總線數據之間的關系,現結合圖2的原理框圖對總線數據轉換過程進行詳細說明。

通過圖4可以看出,總線串行數據是在移位脈沖的作用下,經過D43和D78的轉換后,按照圖1所示的總線結構高低位數據順序,依次輸出需要的控制、角度、斜率信息,再經過后續的移位寄存器三次轉換后,提取需要的數據：距離標志信號作為第一次數據轉換,直接輸出結果,共10路信號；天線角度控制信號是在第二次數據轉換后經計數、信號控制整理形成模擬開關控制信號,根據控制信號實現角度控制選擇輸出；天線斜率電壓信號是在第三次數據轉換后由譯碼器按總線數據順序,對同步脈沖進行控制、轉換、輸出,形成時序信號控制模擬開關,輸出天線斜率電壓；移位脈沖是距離計算電路板輸出的脈沖,同時輸入至三次數據轉換的移位寄存器,使得數據轉換同步輸出。

3 結論

從數據總線、功能電路、主要元器件功能、接口關系等多方面入手,根據串行總線數據結構和與總線數據處理相關的部分電路的連接關系,采用電路單元按照功能分塊分析的方法,繪制總線數據轉換信號處理分機的功能框圖,并以此圖對串行數據轉換方式及輸出數據內容進行分析,初步了解串行數據轉換過程,并結合其他功能分機端口信號,理順了總線數據轉換分機總線數據輸出內容的時序關系,完善了總線數據轉換信號處理分機的端口信號內容,為總線數據轉換信號處理分機的深入修理打下良好基礎,也對分析其他信號處理分機故障診斷起到一定的參考作用。

[1] 劉迎歡.ARRINC429協議和與之對應的俄羅斯標準的比較[J].航空電子技術,2002,33(1):12-15.