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航空電子系統(tǒng)幾種主要數(shù)據(jù)總線應(yīng)用特性分析

作者: 時(shí)間:2013-12-19 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

70年代以來(lái),隨著微電子、計(jì)算機(jī)、控制論的發(fā)展,使得系統(tǒng)的發(fā)展更為迅速。1980年美國(guó)專(zhuān)門(mén)制定了軍用1553系列標(biāo)準(zhǔn)和ARINC系列標(biāo)準(zhǔn),使更加規(guī)范化。目前自動(dòng)化程度較高的軍、民用飛機(jī),如 F-16、F-117、幻影2000、空中客機(jī)A340等都采用了總線技術(shù)。技術(shù)在我國(guó)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已有十幾年的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn),本文就常用的MIL-STD-1553B、ARINC429、CSDB、ARINC6路總線(561、568、582)和ARINC629總線從構(gòu)成、特性以及應(yīng)用等幾方面進(jìn)行討論和闡述。

  1 總線的構(gòu)成

  一旦設(shè)計(jì)者確定了基本的飛電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后,最重要的是總線布局,它對(duì)系統(tǒng)性能具有重要影響??偩€可以是單向的,也可以是雙向的。最常用的單向總線設(shè)計(jì)的依據(jù)是“ARINC429規(guī)范MARK33數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)”。雙向總線布局基本上有三種形式:線性的、網(wǎng)狀的、星形的。通常根據(jù)“MIL-STD-1553B飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸”規(guī)定:總線要有一個(gè)中央總線控制器。線性的雙向總線布局設(shè)計(jì)最常用。設(shè)計(jì)時(shí),要注意采用特別的預(yù)防措施,否則容易產(chǎn)生單點(diǎn)失效(可運(yùn)用故障樹(shù)分析技術(shù)檢查);網(wǎng)狀布局可用于通用的先進(jìn)容錯(cuò)系統(tǒng),優(yōu)點(diǎn)是:利用節(jié)點(diǎn)控制器來(lái)斷開(kāi)失效或破壞的網(wǎng)段,可成功地實(shí)現(xiàn)容錯(cuò),其他無(wú)損壞的網(wǎng)段上,按規(guī)定路線發(fā)送信號(hào),系統(tǒng)的全部功能可重構(gòu);星狀結(jié)構(gòu)的布局除具有上述優(yōu)點(diǎn)外,還可明顯地減少耦合損耗,但靈活性較差。

  2 幾種總線的特性分析

  2.1 1553B總線特性分析

  1553B總線為總線控制器和所有有關(guān)的遠(yuǎn)程終端之間提供了一條單一數(shù)據(jù)通路,包含雙絞屏蔽電纜、隔離電阻、變壓器等所有硬件。遠(yuǎn)程終端(RT)是 1553B總線系統(tǒng)中數(shù)量最多的部件,事實(shí)上,在一個(gè)給定的總線上最多可達(dá)31個(gè)遠(yuǎn)程終端。遠(yuǎn)程終端僅對(duì)它們特定尋址詢問(wèn)的那些有效指令或有效廣播(所有 RT同時(shí)被尋訪)指令才作出響應(yīng)。它可以與它所服務(wù)的分系統(tǒng)分開(kāi),也可嵌入分系統(tǒng)內(nèi)。1553B總線的第二個(gè)特性是位優(yōu)先權(quán)。它首先發(fā)送數(shù)據(jù)字中的最高位,接著按數(shù)值遞減的次序發(fā)送較低有效位。第三是傳輸方法,數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)男盘?hào)是以串行數(shù)字脈沖碼的調(diào)制形式,而且規(guī)定允許有10種消息格式,即“信息傳輸格式”。前6種格式都在總線控制器的直接控制下才能被執(zhí)行,且這6種格式都要求正被訪問(wèn)的遠(yuǎn)程終端作出特定、唯一的響應(yīng)。后4種是廣播格式,這些格式在接收消息的終端不需確認(rèn)其接收的情況下,允許某一終端把消息發(fā)送至總線上所有有地址的終端。雖然這種工作方式似乎極具吸引力,但1553B標(biāo)準(zhǔn)卻強(qiáng)烈奉勸人們別使用它的這種能力,這是因?yàn)榻K端對(duì)其所接收的消息,無(wú)法檢測(cè)其錯(cuò)誤和失效情況。

  2.2 ARINC及CSDB數(shù)據(jù)總線特性分析

  ARINC429數(shù)據(jù)總線是一條單向傳輸總線,但可以有20個(gè)接收器。其通信的三個(gè)狀態(tài)的多路信息流,采用帶有奇偶校驗(yàn)的32位消息字。信號(hào)波形為雙向歸零碼,其位寬取決于總線的工作速率。低速時(shí)位寬為(70~80)±2.5%μs,高速時(shí)位寬為10±2.5%μs。低速總線用于一般用途的、非關(guān)鍵性的應(yīng)用場(chǎng)合;高速總線則用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大或那些至關(guān)重要的飛行信息。數(shù)據(jù)的前8位用于地址,后24位用于數(shù)據(jù)。例如,美國(guó)的一種電子飛行儀表系統(tǒng),它的數(shù)據(jù)大約按每秒19,9.5和2.4倍速度更新。對(duì)于每一個(gè)字的同步,可通過(guò)檢測(cè)每個(gè)字第1位的躍變來(lái)實(shí)現(xiàn)。在連續(xù)傳輸?shù)淖峙c字之間至少有4個(gè)位時(shí)的時(shí)間間隔。

  工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線(CSDB)是一個(gè)二進(jìn)制的二種狀態(tài)的波形。總線由雙絞屏蔽線組成,該線的阻抗符合美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)RS-422A標(biāo)準(zhǔn)要求。

  ARINC6路總線(561,568,582)是一個(gè)二進(jìn)制、32位具有兩種波形的總線。它的波形格式如圖3所示。總線由三股雙絞屏蔽線組成。三條線路分別用于串行數(shù)據(jù)、字同步和時(shí)鐘信號(hào)傳送,串行數(shù)據(jù)被編成二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)(BCD)和二進(jìn)制數(shù)據(jù),前8位用作地址,后24位用作數(shù)據(jù)。時(shí)鐘信號(hào)為一個(gè)11±3.5kHz矩形波信號(hào),上升和衰減時(shí)間在2~6μs范圍之內(nèi)。

  注:①為示波器所看見(jiàn)的波形;?、跒榘从行坏拇涡蝻@示的波形;

 ?、?1,32位為00時(shí),非測(cè)試有效;10時(shí),測(cè)試有效;01時(shí),無(wú)效;11時(shí),未規(guī)定。

  ARINC629數(shù)據(jù)總線像ARINC429一樣是無(wú)主機(jī)的廣播式數(shù)據(jù)總線,按照載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)(CSMA/CD)的規(guī)約來(lái)進(jìn)行工作。


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