基于MSP430F449單片機的雷達(dá)導(dǎo)航儀智能測控系統(tǒng)設(shè)計方案

1 ARINC429串行總線

ARINCA29總線是一種單向廣播式數(shù)據(jù)總線，采用雙角屏蔽線傳輸信息，可由兩根獨立總線實現(xiàn)雙向傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率為：高速傳輸?shù)奈凰俾蕿?00 Kb/s±1%，低速傳輸?shù)奈凰俾蕿椋?2.0～14.5）Kb/s±1%。ARINC429規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用雙極性歸零制的三態(tài)碼方式，如圖1所示，即調(diào)制信號由“高”、“零”和“低”狀態(tài)組成的三電平狀態(tài)。雙極性歸零碼的基本信號波形中攜帶了位同步信息，位同步是由零狀態(tài)變至“高”或“低”狀態(tài)的這一狀態(tài)變化來識別。字同步是以傳輸周期間至少有四個位時的時間間隔為基準(zhǔn)，緊跟該字間隔后要發(fā)送的第一位起點即為新字的起點。

ARINC429總線數(shù)據(jù)的基本信息單元是由32位構(gòu)成的一個數(shù)據(jù)字，每個數(shù)據(jù)字被分為5個基本區(qū)域，即標(biāo)志碼（LABEL），源/目的識別碼（SDI），數(shù)據(jù)區(qū)（DATA），符號狀態(tài)位（SSM），校驗位（PARITY），ARINC429總線數(shù)據(jù)信號編碼舉例如圖1所示。

2 硬件及接口電路

接口的實現(xiàn)方式選用Intersil公司的HS3282芯片，它支持ARINC429通信規(guī)范和其他串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，采用+5 V供電。具有兩路接收、一路發(fā)送的功能。通道接收器之間也是獨立的并行接收，可以直接連接到ARINC429總線，而不需電平轉(zhuǎn)換。使用時和HS3182總線驅(qū)動器配合，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)進行二級差分驅(qū)動，產(chǎn)生ARINC429總線的電平。HS3282數(shù)據(jù)總線為16位，MSP430F449為16位單片機，從而避免了8位單片機為解決系統(tǒng)總線匹配的問題需要采用鎖存器作為虛擬總線的煩惱，提高了測控系統(tǒng)的可靠性。

具體設(shè)計思路為：首先利用一片HS3282和兩片HS3182配合使用形成兩路接收和兩路發(fā)送通道。它們構(gòu)成了數(shù)據(jù)收發(fā)、串并轉(zhuǎn)換的主體。HS3282主要用來完成接收、發(fā)送時所必須具備的串并、并串轉(zhuǎn)換功能;HS3182用來完成對兩路輸出信號的差分驅(qū)動，然后設(shè)計命令寄存器和狀態(tài)寄存器，用以完成對輸入、輸出通道的選擇和對HS3282的控制字的設(shè)置。該控制電路單片機無需外擴展電路，將32個I/O口的P0口和P2口用于數(shù)據(jù)傳輸功能，實現(xiàn)對HS3282的16位數(shù)據(jù)傳輸功能。把P1口及P3口的P3.3，P3.4作為控制信號與控制端引腳相連，來控制HS3282數(shù)據(jù)收發(fā)操作。測試數(shù)據(jù)由預(yù)先設(shè)置或手工輸入兩種方式完成。返回數(shù)據(jù)顯示到高亮度液晶顯示器上。圖2為測控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

3 總體軟件設(shè)計

雷達(dá)導(dǎo)航儀智能測控系統(tǒng)以單片機為核心，控制測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送、轉(zhuǎn)換、接收、顯示等功能。本系統(tǒng)中采用的MSP430F449單片機是TI公司的一款超低功耗的混合信號控制器，它具有16位RISC結(jié)構(gòu)，150ns指令周期和簡潔的27條內(nèi)核指令，1.8～3.6 V的低工作電壓，支持JTAG在線調(diào)試。它還集成了豐富的外圍模塊，豐富的系統(tǒng)資源完全可以滿足雷達(dá)導(dǎo)航儀的測控要求。

系統(tǒng)工作可分為三種主狀態(tài)：準(zhǔn)備接收狀態(tài)，正在接收狀態(tài)和準(zhǔn)備發(fā)送狀態(tài)。整個系統(tǒng)軟件的運行圍繞著按鍵控制進行的，軟件的編寫也以鍵盤按鍵為基礎(chǔ)。圖3（a）為ARINCA29信號發(fā)送流程圖，圖3（b）為信號接收流程圖，橢圓框里寫著系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)名稱，直線表示當(dāng)前系統(tǒng)所處的狀態(tài)，圓形框表示按鍵，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移走向。每一條直線都表示一種循環(huán)的狀態(tài)，在該狀態(tài)中，系統(tǒng)一直等待的按鍵按下，如果有，系統(tǒng)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(zhí)行該按鍵對應(yīng)的程序。例如在準(zhǔn)備接收狀態(tài)，如果背光鍵按下，液晶屏背光則從亮變?yōu)闇缁驈臏缱優(yōu)榱?。頻率鍵按下后，ARINC429總線頻率將在12.5 Kb/s，50 Kb/s和100 Kb/s之間相互轉(zhuǎn)換。存儲鍵按下后，系統(tǒng)將跳到讀寫存儲器子狀態(tài);確認(rèn)鍵按下，系統(tǒng)將跳到正在發(fā)送主狀態(tài)。使用類似的方法，為了簡化使用人員的操作步驟，可以在使用時選擇手動或自動模式。自動模式提供兩組默認(rèn)的典型數(shù)據(jù)進行發(fā)送，以測試?yán)走_(dá)導(dǎo)航儀的通信完好性。當(dāng)需要進行完備性測試時，可以采用手動模式，這時可以進行任何信號及數(shù)值的通信。

4 實驗與分析

對此便攜式低功耗雷達(dá)導(dǎo)航儀智能測控系統(tǒng)的測試內(nèi)容包括：發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)間隔等測試。由于HS3282的兩路輸出是差分輸出的，所以只需要測試其中的一路就可以了。智能測控系統(tǒng)現(xiàn)場波形如圖4所示，發(fā)送的數(shù)據(jù)采用自動模式，控制字為奇校驗。通過示波器直接觀察HS3282芯片的輸出信號，輸出電平是3.92 V，滿足TTL的電平要求。而數(shù)據(jù)之間的時間間隔，即組間數(shù)據(jù)4位間隔。由單片機的延時程序即可完成。

5 結(jié)語

目前，該測試系統(tǒng)已設(shè)計完成，并交付航空某研究所的生產(chǎn)維修部門進行雷達(dá)導(dǎo)航儀的生產(chǎn)調(diào)試和外場測試使用。實踐證明：系統(tǒng)采用手持方式工作的設(shè)計方案正確，能夠為導(dǎo)航儀提供各類導(dǎo)航檢測信號，提高系統(tǒng)可靠性和便攜性，并且可以嚴(yán)格保證通信的實時性。能夠很好地完成相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備的生產(chǎn)測試、外場調(diào)試、后期維護等功能，具有高度集成化、智能化、接口標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)點。同時創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益，使雷達(dá)導(dǎo)航設(shè)備的地面維修工作躍升到一個新水平。

編輯：hfy