基于DSP的ARINC429总线分析仪硬件设计

摘 要 本文介绍了一种基于嵌入式系统思想设计，应用高性能DSP芯片实现ARINC429航空总线通讯的总线分析仪。该总线分析仪以TI公司的TMS320F28335型DSP芯片为核心处理器，扩展了相应的硬件电路，采用彩色触控液晶屏作为人机交互界面，实现了ARINC429航空总线的收/发功能。该总线分析仪改进了ARINC429总线收发设备体积大、成本高、功能单一的缺点，具备小型、快速、智能、灵活、低成本等优点。

【关键词】DSP ARINC429 DEI1016 总线

1 引言

ARINC429航空总线是专为航空电子设备间通讯所规定的航空工业标准，从上个世纪六十年代起开始应用于各国航空电子系统。ARINC429总线分析仪是对航空电子设备ARINC429总线通讯进行激励、监测的一种专用设备，它可以接收、发送符合ARINC429总线规范的数据，广泛应用于内、外场机载设备的监控、测试、维护。

传统的ARINC429总线分析仪一般采用两种体制。一种是采用工控机或专用PXI/VXI等测试机箱搭载ARINC429总线通讯板卡，在Lab CVI或者VC6.0环境下编写总线通讯的应用软件。该类型总线分析仪功能强大、界面友好，但体积大，不适用于外场应用；另一种是基于嵌入式芯片设计的手持设备，该类型总线分析仪体积小，应用灵活，但市面上该类型产品普遍采用小尺寸单色显示屏和键盘作为人机界面，且价格昂贵、功能较单一。为了克服上述两种传统ARINC429总线分析仪产品的缺点，本设计采用嵌入式设计思想的同时，以高性能的DSP芯片作为主控制器，以大屏幕彩色液晶触摸屏幕作为人机交互界面，使ARINC429总线分析仪可兼具体积重量小、功能强大、界面友好等优点。

2 系统原理

ARINC429总线分析仪由DSP主控制器、DEI1016总线收发器、BD429总线驱动器、非易失存储器、CMOS/TTL信号转换器、液晶触摸屏幕以及其他电源、时钟、通讯电路组成。其原理框图见图1 。

ARINC429总线分析仪通过DEI1016总线收发器接收外部ARINC429航空总线信号，DEI1016总线收发器将总线中传输的数据字提取后传输给DSP主控制器进行处理。由于DSP芯片的I/O接口一般为CMOS电平，因此需通过TTL/CMOS电平转换芯片来连接DSP主控制器和DEI1016总线收发器。当需发送ARINC429总线数据时，主控制器通过电平转换器将数据字和控制字装订入总线收发器中，总线收发器将数据字编码后输出的信号电平为TTL电平。需由BD429总线驱动器将信号电平转换至ARINC429总线标准电平后发送至外部总线。

人机交互功能由液晶触控屏幕来完成，可显示主控制器发送的数据，并将用户指令传送给主控制器，其与主控制器之间通讯是通过RS-232全双工异步串行总线来完成的。用户通过液晶触控屏幕来选择功能、设置参数，使ARINC429总线分析仪完成总线数据接收、发送等功能。

3 硬件设计

3.1 主控制电路

综合考虑分析仪性能要求，器件的性价比以及使用环境条件，选择TI公司的TMS320F28335型32位浮点运算DSP作为主控制器。该型处理器运算速度快、接口丰富、性能稳定，在航空电子产品中应用较广。为达到最大运行频率，使用了30MHz 有源晶振为主控制器提供时钟基准。

3.2 总线收发电路

系统总线收发电路由Device Engineering公司的DEI1016总线收发器和BD429总线驱动器组成。DEI1016的对外提供符合ARINC429航空总线协议的串行数据接口和16位并行数据接口。内部包含了一个总线发送器、两个总线接收器、一个16位的控制寄存器以及8级深度的16位发送FIFO。其中总线接收器可直接接收ARINC429航空总线标准数据，总线发送器需配合BD429总线接收器发送ARINC429航空总线标准数据，通过写控制寄存器可实现对总线字长度、校验位选择、100kbps/12.5kbps传输速率等通讯参数进行设置。

DEI1016总线收发器以约定的时序与TMS320F28335主控制器之间通讯。它将接收到的串行ARINC429航空总线数据转换为TTL电平的并行数据输出，并将从TMS320F28335主控制器接收到的并行数据转换为串行TTL电平数据，再由BD429总线驱动器转换为符合ARINC429标准电平输出到总线上。

由于TMS320F28335主控制器的I/O是CMOS电平，因此需要电平转换芯片才能实现TMS320F28335主控制器与DEI1016总线收发器之间的通讯。统计DEI1016总线收发器的通讯I/O需求见表1。一共有27个通讯I/O需要进行电平转换，其中包含16位双向传输，8位输出接口，3位输入接口。

为满足电平转换需求，选用了两片74LVC164245芯片来实现电平转换。74LVC164245是TI公司的16位双通道电平转换芯片，有A、B两个通道，数据在A、B两通道的传输特性由OE和DIR两个输入信号控制，控制逻辑见表2。系统使用一片74LVC164245实现16位并行数据接口的数据转换，另一片完成8位输出和3位输入接口的电平转换。实际操作中，将OE始终置低电平。DIR由TMS320F28335主控制器的I/O直接控制。

3.3 屏幕控制电路

根据TMS320F28335主控制器的硬件资源结合系统需求，使用了迪文科技的DMT10600T070液晶触控屏幕屏作为人机交互界面，该显示屏具有7寸显示面积、10240*600分辨率、16bit显示颜色、-30/+85度宽温工作环境。其内建了显示驱动模块可以大大减轻控制芯片的负荷，特别适合嵌入式应用场合。其采用的RS-232标准串口通讯接口也可以比较方便的与DSP主控制器的UART接口通讯。由于RS-232电平与TMS320F28335主控制器的UART串口电平不一致，采用MAXIM公司的MAX3232芯片来实现两个电平的转换。

3.4 数据存储电路

系统使用I2C接口的非易失存储芯片存储用户的配置信息以及ICD等数据。存储芯片选用了24LC64型EEPROM非易失存储芯片，它采用I2C接口，容量为64Kb。24LC64的A0、A1、A2管脚是地址选择位，在电路中将3个管脚拉地后其地址为0X000。通讯接口SCL和SDA连接至DSP主控制器的对应接口。

3.5 电源电路

根据外场使用的环境以及元器件电源需求，系统供电采用双电源两级供电体制。即采用内置锂电池和外接稳压直流电源双电源供电方式，在外场使用时使用内置锂电池供电，内场使用时外接稳压直流电源供电，同时满足内、外场使用需求。为适应下一级稳压电源模块对输入电源的要求，选择内置锂电池额定电压为12V，容量4000mAh（满足4小时外场使用时间），要求外接直流稳压电源的输入电压为额定28V。为防止两路电源同时有电时发生短路，使用1N5825型低压降、高电流肖特基二极管串接在每路电源上进行电源隔离。1N5825最大持续通过电流5A，隔离电压40V，压降0.5V，性能满足隔离和电源供电需要，压降对供电也无影响。

供电电源下一级选择DC-DC稳压模块产生5V、±15V电源，通过DSP专用的线性稳压芯片为DSP及其他设备提供3.3V、1.9V电源。统计表1中，所有5V及以下电源功率需求约为6W，±15V电源功率需求为1.2W。因此选择TRACE POWER公司的THD15-2411WIN、THD15-2423WIN两型DC-DC电源模块分别将供电电源转换为+5V、±15V电源，两种DC-DC模块的输出功率都达到了15W，满足供电需求。选用TPS767D301PWP型线性电源芯片将5V电压转换为3.3V、1.9V电压供主控制器等元器件使用。由于液晶触控屏自带供电模块，且输入电压范围涵盖双路电源供电范围，因此采用直接供电的方式。

4 总线分析仪的测试结果

设计、调试完成后的ARINC429总线分析仪通过联试的方式与多型航空电子设备和航空测试设备进行了交联通讯。验证了收、发功能正常，系统运行稳定、可靠，可用于航空电子设备的监控、检测、维护工作。

5 总线分析仪的应用效果

本文设计的基于DSP的ARINC429总线分析仪利用嵌入式平台设计，具有体积、重量小，使用灵活等优点，同时，由于应用了高性能DSP处理器和液晶触控屏，其性能、功能相比传统产品大大提高，成本又显著降低，其人机交互界面友好，已配发用于内、外场航空电子设备的监控、检测、维护工作。

参考文献

[1]宾辰忠.基于MCF5206的ARINC429总线通讯板卡设计与实现[C].西北工业大学硕士论文，2005.

[2]张建仓.ARINC429总线收/发板研制[C].西安交通大学硕士论文，2000.

作者单位

总参陆航部驻哈尔滨地区军代室 黑龙江省哈尔滨市 150061