CN1268831A - 一种多路传输数据总线的远程终端 - Google Patents

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一种多路传输数据总线的远程终端,该终端是一种通用的可直接挂接在1553B总线上作为远程终端的多功能接口板,可应用于航空、航天领域中采用1553B总线的仪器设备或系统中;终端系统主要包括,1553B总线通讯协议处理器、大规模可编程逻辑阵列、快速多通道模拟量A/D采集电路。

Description

一种多路传输数据总线的远程终端
本发明是一种具有多种标准接口可作为远程终端直接挂接在多路传输数据总线(即MIL-STD-1553B总线，简称1553B总线)上的设备，可广泛应用于航空、航天领域中采用1553B总线的专用仪器设备或系统中。
1553B总线是美国空军电子子系统连网的一种标准总线，含有一个总线控制器及众多远程终端，1553B总线对总线接口规律和信号特性有严格的标准，在物理层，数据链路层，网路层等都进行了严格的定义，尤其是对远程终端挂接1553B总线时对其电器性能等诸多指标作了严格规定，要求上网之前需进行VTP测试。鉴于1553B总线具有极高的可靠性，在航空、航天、军事等领域的电子连网系统中得到广泛应用。1553B总线具有一个突出的特性就是其实时性，且允许传送数据量极大的复杂系统与传输相对较少数据量的仪器或设备共存，因而1553B总线中可包含有许多不同量级复杂度的远程终端。
目前国内1553B总线应用已经开展很多年，现有技术对远程终端的设计主要采用在中央处理单元(CPU)直接管理参与下进行1553B总线通讯的方式，并由集成度不高的大量的分立元器件组成系统。在这种方式下系统设计复杂且只能为特定的设备服务，对于不同的CPU、不同的仪器设备则需要进行不同的设计，很难同时适应多种仪器或设备；加之系统还需要软件支持，软硬件开发设计成本较高，体积庞大，对航天领域的设备，还增加了系统功耗。
本发明的目的是提供一种多路传输数据总线的远程终端，其可解决上述现有技术存在的问题，针对通用仪器设备甚至传感器提供标准接口，使得各种仪器设备或传感器可通过使用本发明直接挂接1553B总线网上，无须额外开发设计挂接1553B总线的接口。
本发明一种多路传输数据总线的远程终端，该终端是一种简单通用的可直接挂接在1553B总线上作为远程终端的多功能接口板，可应用于航空、航天领域中采用1553B总线的仪器设备或系统中；其特征在于，
终端系统主要包括，1553B总线通讯协议处理器、大规模可编程逻辑阵列、快速多通道模拟量A/D采集电路；
其中，核心芯片为1553B总线通讯协议RT芯片STIC系列；STIC(BUS-65153)可以支持1553B总线所有协议，以远程终端方式工作，它具有双通道低功耗的收发器及完整RT协议，具有可选择的三态地址总线及传输数据的控制能力，识别消息、判断电路等，利用其数据线、地址线和控制线可组成系统内部总线；
另一主要芯片为高速模拟量A/D采集芯片，可以通过选择适当速率的模/数转换芯片将模拟量量化，利用STIC中DMA通道的控制逻辑，直接将其数据内容转化为1553B总线上的数据内容，达到实时采集，实时传送的目的；
系统的另一主要芯片为FPGA，通过FPGA内部电路设计可以将用户所需要的所有1553B总线通讯协议内容实现。
其中1553B总线通讯协议处理器由小型化1553B总线远程终端接口电路(STIC)、可选择的远程终端RT地址电路、双通道变压器电路、1553B总线接口组成；
可选择的远程终端RT地址电路与STIC的输入相连，可由用户通过开关电路选择远程终端RT地址，从而任意选择挂接1553B总线的位置；STIC的输出与双通道变压器电路的输入相连，双通道变压器电路的输出直接作为1553B总线远程终端接口可直接挂接在标准1553B总线上。
采用大规模可编程逻辑阵列(即FPGA)技术，简化了整个系统设计；FPGA内部电路由任意可选的发送及接收子地址译码电路、数字量遥测通讯及接口电路、数字量遥控通讯及接口电路、模拟量采集与通讯选通电路、服务请求与响应电路、自测试及系统长抱环测试电路等构成；FPGA外部设计有FPGA多重加载电路及FPGA配置PROM电路；
FPGA的输入与STIC的地址总线、数据总线及控制信号相连，形成系统内部总线与内部电路的各个部分相连，FPGA的输出与各个部分相应的输入、输出接口电路相连；
实时数字量遥测接口，可为串行或并行数字量遥测接口，其接口时序设计可以完全满足各种遥测标准格式，可将采集的数字量遥测数据以1553B总线标准消息的形式经数字量遥测通道送往1553B总线；
实时数字量遥控接口，可为串行或并行数字量遥控接口，其接口时序设计可以完全满足各种遥控标准格式，经数字量遥控通道接收来自1553B总线的控制命令，并向用户转发其数据内容；
自测试及系统长抱环测试电路用以测试1553B总线远程终端工作正常及传输过程的数据内容正确。
其中快速多通道模拟量A/D采集电路由多通道模拟量输入保护电路、快速多通道模拟量A/D采集芯片组成；A/D采集响应时间≤2.5μs；
多通道模拟量输入保护电路的输出与快速多通道模拟量A/D采集芯片的输入相连；快速多通道模拟量A/D采集芯片的输入还与FPGA中模拟量采集与通讯选通电路的输出相连；快速多通道模拟量A/D采集芯片的输出与STIC的数据线相连；
通过快速模拟量遥测通道，可将所采集的模拟量遥测数据以1553B总线标准消息的形式送往1553B总线。
为进一步说明本发明的目的和所能达成的功效，以下结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的结构原理框图；
图2为本发明的FPGA结构原理框图；
图3为本发明FPGA设计时，针对总线上每一路数据模块的结构原理框图；
首先请参阅各附图所示，1553B总线通讯协议处理器10，其中系统芯片为1553B总线通讯协议RT芯片STIC系列。STIC(BUS-65153)可以支持1553B总线所有协议，以远程终端方式工作，并具有航天级军品，它具有双通道低功耗的收发器及完整RT协议，具有可选择的三态地址总线及发送控制逻辑传输数据的控制能力，识别消息、判断电路等，其内容覆盖了全部1553B总线协议的控制命令逻辑和状态响应逻辑。利用其数据线、地址线和控制线可组成系统内部总线。
系统一主要芯片为高速模拟量A/D采集芯片20，可以通过选择适当速率的模/数转换芯片将模拟量量化，利用STIC中DMA通道的控制逻辑，直接将其数据内容转化为1553B总线上的数据内容，达到实时采集，实时传送的目的，模拟量A/D采集芯片应选取A/D采集转换时间较小，并满足STICBUS-65153内部控制命令的握手信号最小转换要求，通常＜15μS。而模拟量采集的分辨率则由用户实际需求决定。
系统的另一主要芯片为大规模可编程逻辑阵列(FPGA)30，通过FPGA内部电路设计可以将用户所需要的所有1553B总线通讯协议内容实现。如对A/D采集设计的控制、对数字量接收或发送控制等。鉴于用户对1553B总线协议需求不同，对FPGA的容量需求也不同，而FPGA本身的设计随着总线协议繁简程度不同，具有不同的复杂度。由于总线所有协议完全由硬件电路实现，具有速度快，可靠性强的特点。通常可将数千、上万门的分立元器件电路浓缩固化在一片FPGA内，大大缩小了线路板的面积。
鉴于FPGA的设计，系统内部总线主要由数据总线、地址总线及控制信号等组成。
本发明针对通用仪器设备或传感器提供标准模拟量、数字量遥测接口并提供数字量遥控接口，以远程终端方式工作于1553B总线网上，可以将传感器或设备的模拟量或数字量信号直接转换为1553B总线数据实时发送出去，也可以接收1553B总线数据，并直接转换为控制信号传给传感器、仪器或设备；完全满足1553B总线要求的各种复杂的严格规定及协议测试如接收总线命令字、传送状态字、矢量字、数据字等。
本发明设计与1553B总线的通讯方式有两种：
A、主动式通讯，采取服务请求机制，由仪器或设备提出周期性或突发性的服务请求，由1553B总线通讯系统提供总线传输服务或进一步由其他管理单元提供过程控制服务。
B、被动式通讯，即实时通讯方式，可用于1553B总线通讯系统实时传输采集的传感器、仪器或设备模拟量或数字量等数据，在这种方式下，无须总线应答过程，即可满足数据采集的实时性要求，同时也简化了1553B总线通讯系统与远程终端的通讯规程，减少了总线通讯规程开销。
本发明设计主要采用高集成度的1553B总线协议芯片及大规模可编程逻辑阵列(FPGA)、高速模拟量A/D采集芯片等芯片构成，本发明还具有以下几项特点：
1、任意选择的远程终端地址
可以使仪器或设备根据具体需要选择挂接1553B总线时合适的远程终端(RT)地址
2、任意选择的1553B总线内部发送/接收子地址
用户可分别选择模拟量、数字量遥测等发送子地址及接收控制命令等接收子地址
3、可重载FPGA电路设计
通过使用FPGA技术，不仅简化系统设计、缩小了使用大量分立元器件的体积，增加了系统集成度，且在航空、航天等的实际应用中，不需要修改接口电路结构，通过加载FPGA配置，便可以适应于不同的国际标准、国军标和专用仪器设备接口的接口规范。
本发明设计完全由硬件实现，具有速度快、可靠行强等特点，且其中没有CPU，也无须CPU管理即可参加1553B总线通讯，并采用小型化线路板结构，具有成本低、体积小、重量轻、功耗低、功能强、适应面广、结构简单、使用方便等优点，可以满足不同的设备仪器的要求。本发明还具有用户有无CPU均可以和本装置通讯。

Claims (4)

1、一种多路传输数据总线的远程终端，该终端是一种通用的可直接挂接在1553B总线上作为远程终端的多功能接口板，可应用于航空、航天领域中采用1553B总线的仪器设备或系统中；其特征在于，
终端系统主要包括，1553B总线通讯协议处理器、大规模可编程逻辑阵列、快速多通道模拟量A/D采集电路；
其中，核心芯片为1553B总线通讯协议RT芯片STIC系列；STIC(BUS-65153)可以支持1553B总线所有协议，以远程终端方式工作，它具有双通道低功耗的收发器及完整RT协议，具有可选择的三态地址总线及发送控制逻辑传输数据的控制能力，识别消息、判断电路等，利用其数据线、地址线和控制线可组成系统内部总线；
另一主要芯片为高速模拟量A/D采集芯片，可以通过选择适当速率的模/数转换芯片将模拟量量化，利用STIC中DMA通道的控制逻辑，直接将其数据内容转化为1553B总线上的数据内容，达到实时采集，实时传送的目的；
系统的另一主要芯片为FPGA，通过FPGA内部电路设计可以将用户所需要的所有1553B总线通讯协议内容实现。
2、如权利要求1所述的多路传输数据总线的远程终端，其特征在于，其中1553B总线通讯协议处理器由小型化1553B总线远程终端接口电路(STIC)、可选择的远程终端RT地址电路、双通道变压器电路、1553B总线接口组成；
可选择的远程终端RT地址电路与STIC的输入相连，可由用户通过开关电路选择远程终端RT地址，从而任意选择挂接1553B总线的位置；STIC的输出与双通道变压器电路的输入相连，双通道变压器电路的输出直接作为1553B总线远程终端接口可直接挂接在标准1553B总线上。
3、如权利要求1所述的多路传输数据总线的远程终端，其特征在于，采用大规模可编程逻辑阵列(即FPGA)技术，简化了整个系统设计；FPGA内部电路由任意可选的发送及接收子地址译码电路、数字量遥测通讯及接口电路、数字量遥控通讯及接口电路、模拟量采集与通讯选通电路、服务请求与响应电路、自测试及系统长抱环测试电路等构成；FPGA外部设计有FPGA多重加载电路及FPGA配置PROM电路；
FPGA的输入与STIC的地址总线、数据总线及控制信号相连，形成系统内部总线与内部电路的各个部分相连，FPGA的输出与各个部分相应的输入、输出接口电路相连；
实时数字量遥测接口，可为串行或并行数字量遥测接口，其接口时序设计可以完全满足各种遥测标准格式，可将采集的数字量遥测数据以1553B总线标准消息的形式经数字量遥测通道送往1553B总线；
实时数字量遥控接口，可为串行或并行数字量遥控接口，其接口时序设计可以完全满足各种遥控标准格式，经数字量遥控通道接收来自1553B总线的控制命令，并向用户转发其数据内容；
自测试及系统长抱环测试电路用以测试1553B总线远程终端工作正常及传输过程的数据内容正确。
4、如权利要求1所述的多路传输数据总线的远程终端，其特征在于，其中快速多通道模拟量A/D采集电路由多通道模拟量输入保护电路、快速多通道模拟量A/D采集芯片组成；A/D采集响应时间≤2.5μs；
多通道模拟量输入保护电路的输出与快速多通道模拟量A/D采集芯片的输入相连；快速多通道模拟量A/D采集芯片的输入还与FPGA中模拟量采集与通讯选通电路的输出相连；快速多通道模拟量A/D采集芯片的输出与STIC的数据线相连；
通过快速模拟量遥测通道，可将所采集的模拟量遥测数据以1553B总线标准消息的形式送往1553B总线。
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