《ARINC429数据的分析、发送与接收》 开题报告.doc

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计开题报告电子信息工程学院毕业设计开题报告（ARINC429数据的分析、发送与接收）2014 年 4 月沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计开题报告开题报告一、选题的依据和意义随着航空交通事业的飞速发展，现代民用飞机上的各系统与设备之间需要传输大量的信息。数字技术的发展和计算机的应用使得越来越多的航电系统实现了数字化，如大气数据计算机、机载火控计算机等。航空数据总线技术是现代先进飞机电传操纵系统和航空电子综合化最重要的关键技术之一，它是计算机网络技术在航空电子底层的具体实现，决定着飞机性能和航电系统综合化程度的高低。在整个航电系统的设计中，航空数据总线的设计具有相当重要的价值。为了使各航电设备研究、生产厂商所研制的航电设备具有兼容性，必须对其电气特性、物理特性以及各技术参数进行统一规范。因此，美国各飞机制造商、航电设备制造商和世界一些国家的航空公司联合，共同组建了一个航空无线电公司，称ARINC公司。该公司制定了一系列统一的行业标准和规范。在这些规范当中，ARINC429航空数据总线规范于1977年颁布。该规范研发较早、在目前工程应用中也相当广泛，有着定义规范、容易维护、设计成本低廉、兼容性好等方面的优势。ARINC429总线广泛应用于民用、军用航空领域，经过数十年的发展，世界各飞机制造商的主要客机如空客的A310/A320/A330/A340等飞机，美国波音公司的737/747/757/767等飞机均采用了ARINC429总线，我国从俄罗斯引进的战机如苏-27 等也采用了此航空数据总线。航电设备的正常稳定运行离不开航电检测设备的维护，因此航空数据总线接口就显得尤为重要。国外厂商和研究机构对ARINC429总线研究得比较早，研制出了用于429总线协议处理的专用ASIC芯片，如Device Engineering公司的DEI-1016、INTERSIL公司的HS-3282等。同时，国外研究机构还推出了针对该总线的性能优越的成套通信接口产品。如美国DDC公司生产的DD-429XRP5-300型ARINC429总线通信板和Dynamic Engineering公司生产的IP429系列ARINC429总线接口板等。此外，如法国AEROSPATIAL公司推出的ATES5000，美国HONEYWELL公司推出STS1000和AVTRON公司生产的UATSK825B等测试系统中均具有ARINC429总线数据通信功能。这些产品都具有优越的性能和很强的工作稳定性，速度较传统测试系统也较快。然而，这些成套电子科技大学硕士学位论文的测试设备大都设计了非常齐全的功能，价格就变得相当昂贵。这样一来，如果只需单独实现ARINC429总线数据通信功能，采用这些产品就显得过于浪费。同时，价格昂贵的设备也不适合向众多中小型公司推广使用。更重要的是，这些大公司仅向外提供成套的产品，对技术则实行垄断，并不向外提供。因此，开发具有自主知识产权的ARINC429总线数据通信接口就显得非常重要。国内对ARINC429总线接口也有一些研究，国产的大多数429总线通信产品主要采用接口板的结构，包括VXI、PCI/CPCI、ISA 等接口形式。而这些接口形式的板卡大都需要插入机箱中使用，增加了操作的复杂度，若扩展卡过多还可能造成系统的非正常配置。同时，这些接口的开发周期长、复杂度高，成本也大大增加。而在对总线协议的处理上，国内研究主要采用专用协议处理芯片完成，这也不可避免的产生了对国外专用芯片的依赖，受到多方面的限制，同时也给后续维护和升级带来了麻烦。鉴于这些问题，本课题通过USB总线完成接口板与PC主机之间的通信，采用在可编程逻辑器件FPGA中实现ARINC429信号的接收与发送以及与USB总线接口间的通信的方式，大大简化了系统设计，也使PC主机和板卡的连接过程变得更为简单。借助USB接口的高速传输速率，满足了系统的实时性、大容量的传输要求。同时USB接口在PC机上使用广泛，许多测试仪器都采用USB接口，并出现了USB总线到其他总线接口的各种数据转换卡，这样系统的兼容性也更强。利用可编程逻辑器件FPGA代替专用协议处理芯片克服了专用芯片数据格式固定、路数有限等缺陷，使设计应用变得更加灵活，并且可以根据应用环境进行相应的更改，无须重新设计制作电路板。二、选题研究的基本内容（1）研究ARINC429总线规范。采用自行设计的电路实现429总线驱动，采用可编程逻辑器件FPGA实现ARINC429总线数据协议处理，包括数据格式转换、数据收发等。（2）研究ALTERA的可编程逻辑器件的结构原理，根据设计需要选择合适的FPGA芯片。（3）根据教研室的实际硬件条件，采用应用已较为成熟的CY7C68013接口芯片实现USB总线接口，完成与上位计算机的通信。（4）完成USB-ARINC429总线通信接口硬件电路的设计和印制板的绘制，以及FPGA可编程逻辑的编码，并制定调试方案和流程，实现电路功能的验证。三、研究方法及措施系统在设计上可以划分为四部分，并考虑了以下几种组合方案： （1） PC机软件部分可采用LabVIEW、VC+或VB编写，LabVIEW是一种图形化编程语言，编程者可以像搭积木一样“搭建”所见即所得的程序界面，后两者为文本编辑语言。 （2） PC机接口部分可选用RS232、USB、ISA、EISA、PCI接口；RS232传输速度较慢，最快只能达到20kbps，ISA、EISA、PCI接口都为并行接口，速度较快，但需要插在机箱内部使用，不利于便携式计算机使用；USB传输速度最快可达480Mbps，且支持即插即用。（3） 下位机部分可采用16为单片机如80C196、DSP结合CPLD、FPGA作为主控制器；单片机设计处理数据较慢，DSP设计需另配CPLD芯片，而FPGA作为主控制器可以独立实现下位机功能，且速度快。（四）429协议部分采用专用芯片或FPGA程序逻辑实现。采用专用429协议芯片，是数据传输稳定可靠，较少工作量。 因此，从系统设计应功能可行、使用方便以及课题工作量方面考虑，决定选择LabVIEW、USB、FPGA、429专用协议芯片做为构建系统的的最终方案。系统总体设计原理框图如图1所示： 图1 总体原理框图四、毕业设计进度及步骤34周：查阅相关资料，了解毕业设计题目所用到的器件，软件。511周：自学ARINC429通信协议、USB2.0协议芯片，了解上位机操作程序，复习VHDL语言编程并进行熟练的运用，对Quartus，Protel 99 SE可以熟练的使用。1217周：进行FPGA与CY7C68013A的开发使用，编写控制程序，使用Protel绘制ARINC429的八路收发电路板，撰写毕业论文,准备毕业设计答辩。1819周：毕业论文答辩。五、参考文献1孙旭光编：一种多功能ARINC429总线接口板设计，测控技术,2003年6月2刘文波,卞巨伟:实现ARINC429数字信息传输的方案设计,电子技术应用.2000年3月3何苏勤, 吴飞:基于FPGA的ARINC429总线接收发送系统的设计,微电子学.2007年9月4张念淮,江浩:USB总线接口开发指南,北京国防工业出版社.2001年12月5薛圆圆,赵建领:USB应用开发实例详解,北京人民邮