USB的便携式ARINC429总线通信设备设计

文章摘要：2.2.1 429发送通道电平转换电路429发送通道电平转换电路的功能是将ProASIC3产生的CMOS电平信号转换为429电平信号。目前有几家公司专门从事429通信芯片的生产，其中也包括429发送通道电平转换芯片。采用这种专用芯片的优点是接口电路设计简单，缺点是芯片价格昂贵。本设计的需求为8路发送通道，从成本上考虑，不易采用专用芯片，而是利用集成运放设计发送通道的电平转换电路。图3为429发送通道电平转换电路。图中的A和B是由ProASIC3产生的信号，TXA和TXB是经电平转换电路调理后形成的ARINC429信号。表1为429发送通道电平转换电路的功能表：该电路设计采用了Linear公司的

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　　2.2.1 429发送通道电平转换电路

　　429发送通道电平转换电路的功能是将ProASIC3产生的CMOS电平信号转换为429电平信号。目前有几家公司专门从事429通信芯片的生产，其中也包括429发送通道电平转换芯片。采用这种专用芯片的优点是接口电路设计简单，缺点是芯片价格昂贵。本设计的需求为8路发送通道，从成本上考虑，不易采用专用芯片，而是利用集成运放设计发送通道的电平转换电路。图3为429发送通道电平转换电路。图中的A和B是由ProASIC3产生的信号，TXA和TXB是经电平转换电路调理后形成的ARINC429信号。

　　表1为429发送通道电平转换电路的功能表：

　　该电路设计采用了Linear公司的双运放集成芯片LT1497。该芯片的最大特点为输出功率大，最大输出电流为±125 mA，完全满足ARINC429通信标准的功率要求。采用NI公司的Multisim10进行电路仿真，并实际运行测试。测试表明，仿真结果与实际运行结果一致，完全符合ARINC429通信标准要求。

　　2.2.2  429接收通道电平转换电路

　　429接收通道电平转换电路的功能与429发送通道电平转换电路的功能完全相反，它是将429电平信号转换为CMOS电平信号，以便让ProASIC3对其进行处理。接收通道的电平转换采用HOLT公司的HI-8448实现。HI-8448为8路429接收芯片，可负责8路429接收通道的电平转换。

　　3 软件设计

　　系统软件程序主要由ProASIC3内核、C8051F340固件程序和上位机控制界面程序3部分组成。

　　3.1 ProASIC3内核设计

　　ProASIC3内核开发是在Actel公司提供的LiberoIDE 8.5集成开发环境下完成的。该环境集成了目前业界最权威的几大FPGA开发软件，其中综合工具采用了Synplify公司的Synthesis 9.6A工具，仿真工具采用MentorGraphic公司的Modelsim *A软件。整个设计采用Verilog语言编程。ProASIC3内核的总体框架设计如图4所示。ProASIC3内核设计包括收发控制器、发送FIFO、接收FIFO、发送逻辑转换模块、接收逻辑转换模块、时钟发生器模块。收发控制器负责与C8051F340进行总线通信，协调ProASIC3内部各个模块之间的工作；发送FIFO用于缓存待发送的429数据；接收FIFO用于缓存待读取的429数据；发送逻辑转换模块是将发送FIFO送来的并行数据组合为429串行数据，然后通过端口TXA、TXB发送出去；接收逻辑转换模块是将收到的429串行数据转换为并行数据，然后通过8位数据线传给接收FIFO；时钟发生器是用于产生各个模块所需的工作时钟。

　　3.2 C8051F340固件程序设计

　　C8051F340固件程序的开发是在Silicon Labs公司的C8051Fxxx IDE集成开发环境下完成的，采用C语言编程。Silicon Labs公司专为USB开发推出了USBXpress工具，USBXpress将单片机固件程序和上位机应用程序所需的USB设备驱动函数进行了封装，开发人员只需调用相关函数即可。图5为C8051F340固件程序的流程。其中，USB_clock_Start()、USB_Init()、USB_Int_Enable()均由USBXpress工具提供，可直接调用。

　　3.3 上位机控制界面程序

　　上位机控制界面程序的开发在VC 6.0环境下完成。作为人机交互界面，其基本功能有：对设备进行复位；与设备进行USB通信；设置429通信的波特率、校验方式、数据长度；设置数据发送方式(手动或定时)；设置定时发送时间；显示接收数据。

　　在上位机控制界面程序中，与设备间的USB通信是通过调用USBXpress工具提供的API函数完成的。USBXpress工具提供了10个API函数，其中最重要的就是SI_Write()和SI_Read()两个函数，它们分别实现写USB总线操作和读USB总线操作。

　　4 结  论

　　目前，该设备已投入某型机载设备的地面内场检测维护工作中。本文利用Silicon Labs公司的C8051F340单片机和Actel公司的ProASIC3系列FPGA设计的基于USB的便携式ARINC429总线通信设备，在地面内场检测维护工作中，工作状态稳定，性能可靠，很好地满足了预先的设计要求。（胡帅，张复春，丁金鑫，秦硕）

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