实现ANINC429数字信息传输的方案设计

    在现代军、民用飞机上，系统间需要传输大量信息。随着数字技术的发展和微型电子计算机的出现，越来越多的航空电子设备已采用了数字化技术。从而使数字传输成为信息传输的主要途径，它既克服了模拟传输带来的成本高、传输线多、可靠性差等缺点，又减轻了飞机和设备的重量，提高了信息传输的精度。

    为了使航空电子设备的技术指标、电器性能、外形和插接件的规范统一，由美国各航空电子设备制造商、定期航班航空公司、飞机制造商以及其它一些国家的航空公司联合成立了一个航空无线电公司，简称ANINC。由这个公司制定的一系列统一的工业标准和规范，称ANINC 规范。

    ANINC 429数字信息传输规范（DITS）33为在航空电子设备之间传输数字信息制定了航空运输工业标准。目前，大多数飞机上数字信息的传输采用了此标准（本文以下简称ANINC 429）。本文在介绍ANINC 429规范的基础上，讨论其硬件电路的实现方法。

    １ ANINC 429数字信息传输规范简介

    1.1 数据传输及双极归零码

    ANINC 429数据传输是以电脉冲形式发送的，一个电脉冲就是1位。1个数字字（有32位）被分为5段，即：标志段，第1～8位；源目的地识别码，第9～10位；数据区，第11～28位；符号状态码，第29～31位；奇偶校验位，第32位。一个数字字传输1个参数，如速度、温度等。两个数字字之间有4位间隔，这个间隔也作为字同步用，跟在这一间隔后面发送的第1位，就表示另一个新的数字字的开始。每个数字字的32位数据是以双极归零码的形式发送出去的，如图１所示。所谓双极归零调制就是指发送出去的脉冲串有三个电平，即高电平，逻辑1（+10V）；中电平（0V）；低电平，逻辑0（-10V）；中电平为发送自身时钟脉冲。

    一般ANINC 429的发送速度有两种：一种为高速：100kb/s；一种为低速：12～14.5kb/s。通常高速用于军用飞机上，低速用于民用飞机上。

    1.2 接收

    接收器输入端接收到发送来的信息中，将标志码译出，以为信号选择合适的移位寄存器。接收器的输入端同时监视着第32位奇偶校验位，以证实传输的有效性。一般一传输线上连接的接收器不多于20台。

    ２ HS-3282—CMOS ANINC总线接口芯片简介

    HS-3282芯片是HARRIS公司为实现ANINC 429通讯而专门开发的一种接口集成芯片，与HS3281(总线驱动器）集成芯片配合使用。该集成芯片可同众多的微型电子计算机接口，接口简单、控制灵活、可靠性好，克服了以往用分离元件实现ANINC 429信息传输带来的电路复杂、性能较差等缺点。

    HS-3282芯片包含二个独立的ANINC 429接收器和一个发送器。自身提供的信息传输速率为100kb/s或12.5kb/s；如外接时钟电路，则信息的传输速率在0～100kb/s间可调；字长为32或25位；可按时钟频率自动产生字间隔；工作电压为5V。

    HS-3282发送器主要由一个先入先出寄存器（以下简称FIFO）和定时器组成，其中FIFO用于存储要传输的ANINC 429数字信息，一次只能存8个数字字；定时器用于保证ANINC 429传输的速度及每个数字字间以４位时钟间隔分开。其发送过程为：FIFO首先将其接收到的８个待发送数字字按先进先出的原则，通过并－串转换后，在时钟脉冲的作用下，通过移位寄存器发送出去，再由HS-3182总线驱动，实现双极归零调制；此8个字间的4位间隔由HS-3282芯片自动产生。当8个字发送完后，FIFO会自动产生一个存储器空的信号，此时外部命令应控制HS-3282停止发送数据，继续接收待发送的下8个字，将其读入到FIFO中，重复上述过程。接收ANINC 429 信息的过程则同上述相反，接收器将接收到的串码转换成并码，放到寄存器中，但不同的是接收器每接收到一个数字字（而不是8个）后，发出一个“收到”信号，等待外部命令对此数据的读取。

    HS-3282集成芯片的管脚如图2所示。

    ３ 利用HS-3282实现ANINC 429通讯的方案

    由图２可见，其同各种CPU芯片的接口是很方便的。但由于HS-3282的数据总线为16位（B0～B15），且其FIFO在发送完８个数字字后，外部CPU要重新往FIFO寄存器中写入８个数据，如CPU写8个32位数据的时间多于４位间隙的话，则不能严格保证所有的信息字的间隔，从而使通讯质量下降。为此，对于不同要求的通讯速率而言，应选取不同的CPU芯片组成系统，以满足ANINC 429 标准。下面以常用的三种CPU芯片为例，介绍其同HS-3282组成ANINC 429 信息发送系统时，各自的特点，以供参考。

    3.1 用8031单片机实现ANINC 429数据传输

    8031系列单片机因其结构简单，使用方便，价格低廉而受到广大工程技术人员的青睐。它也是目前最常用的一种CPU芯片，用其开发小型产品具有周期短，造价低，通用性强等优点。但由于该芯片为８位数据总线结构，在同HS-3282（16位数据总线）组成系统时，需要用两片数据锁存器将16位数据锁定后，写入HS-3282的FIFO寄存器中，其原理如图３。

    因此当HS-3282的FIFO发送完８个数字字后，8031CPU至少要执行以下指令８次：

    MOV DTRP, #D373L  ;373L地址

    MOA A,    #DATALL ;32位数据中低16位数据的低８位 

    MOV @DPTR,   A    ;数据锁存

    MOV DTPR, #D373H  ;373H地址

    MOA A,    #DATAH  ;32位数据中低16位数据的高８位

    MOV @DPTR,   A    ;数据锁存

    CLR P1.0          ；此脉冲命令HS3282(PL1)

    SETB P1.0       ;将低16位数据读入

    MOV DTPR, #D373L;

    MOA  A,   #DATA2L ;32位数据中高16位数据的低８位

    MOV @DPTR,    A;

    MOV DTPR, #D373H;

    MOA  A,   #DATA2H ;32位数据中高16位数据的高８位

    MOV  @DPTR,  A;

    CLR  P1.0

    SETB P1.0        ;此脉冲命令HS3282将高16位

    数据读入

    以上语句为往HS3282中写入一个数字字，如写8个数字字则需重复执行８次。以12M的工作晶振为例，执行上述语句大约需要80μs时间。为了满足ANINC 429数字字间为4位时钟间隔的要求，则该系统能够实现的ANINC 429通讯的速率小于：1000/[(80×8）/4]＜6.4kb/s。显然，要实现较高速率的ANINC 429通讯，该系统不适合。

    3.2 用80C196单片机实现ANINC 429数据传输

    同8031相比，80C196单片机自身具有A/D、D/A及高速输入／输出口，同时，其地址及数据总线可动态的设置为８位或16位。因此，该芯片同HS-3282构成系统时，数据总线连接简单，如图４所示。从而减少了CPU写入FIFO的指令数。具体80C196执行写入HS-3282一个数字字（32位）的指令为：

    ST  DATA1L ,[D373]; 将32位数据中的低16位锁住

    ST CTINL   ,[C373]; 此脉冲命令HS3282

    ST CTINL   ,[C373]; 将低16位数据读入

    ST DATA1H  ,[D373]; 将32位数据中的高16位锁住

    ST CTINL   ,[C373]; 此脉冲命令HS3282

    ST CTINL   ,[C373]; 将高16位数据读入

    同样以12MHz的工作晶振为例，执行上述语句大约需要15μs时间。则该系统能够实现的ANINC 429通讯的速率：1000/[(15×8)/4]＜34kb/s。如提高80C196的晶振频率（最高达20MHz），则可以进一步提高通讯速率。

    3.3 用数字信号处理机器TMS320F206实现ANINC 429数据传输

    同上述两种单片机相比，TMS320F206采用了先进的改进型哈佛结构，流水线技术，指令执行速度快，1个机器周期仅为50ns。同时TMS320F206的数据、地址总线（均为16位）分开，片内带有32K字的闪速存储器和544个字的RAM。构成最小系统时非常简单，不需EPROM、RAM、地址数据锁存器。用其构成ANINC 429数据传输系统时的指令同80C196类似，但由于每条指令的执行时间很短，至少为80C196的二十分之一，故可使速度提高20多倍。从而可满足高速ANINC 429数据传输的要求。

    由于接收数据是单个进行的，故在满足发送速率要求的前提下，接收速度不存在问题，这里不做过多介绍。

    总之，随着数字技术和微电子技术的发展及应用，愈来愈多的应用系统和设备将以各种微型计算机为核心，结合各种集成接口芯片实现不同的功能。如何在满足系统功能要求的前提下，提高系统的性能价格比便成为每个工程技术人员设计系统的关键。从本文的三种不同设计方案中可以看到，在不同的功能要求条件下，系统核心器件的选择存在着差别。