《基于VxWorks嵌入式系统的数据通信》课件第3章

第3章机载数据总线3.1ARINC-429数据总线3.2MIL-STD-1553B数据总线3.3本章小结3.1ARINC-429数据总线现代飞机的主要特点是飞机航空电子系统使用了多个计算机实施控制和管理，计算机间的信息传输及信息共享通过航空数据总线完成。目前世界上许多技术先进的国家对飞机航空电子综合系统进行了研究，具有代表性的成果有20世纪80年代由美国公布的MIL-STD-1553B及ARINC-429总线标准，使用在军用F-16、F-18、F-22、B-52、AH-64、LAMPS以及苏-27、苏-30、民用B-747、B-757、B-767、A300、A310、A320、A340、安-70、雅克-42等多种飞机上。我国从20世纪80年代初也开始了这方面的研究，目前已能够生产相应的总线协议芯片、MBI板(多路数据传输总线接口)，并已装备在新型飞机上。

ARINC-429总线协议是美国航空电子工程委员会(AirlinesEngineeringCommittee)于1977年7月提出的，并于同年9月发表并获得批准使用。它的全称是“数字式信息传输系统(DITS)”。协议标准规定了使用该总线的航空电子设备以及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC-429总线被广泛应用于当代的运输机和相当数量的民航客机，例如：空中客车的A310/A320、A330/A340、A600飞机，波音公司的727、737、747、757、767，麦道公司的MD-11飞机等，俄制军用飞机也采用了类似的技术。我国与之对应的标准是HB6096-SZ-01。3.1.1ARINC-429总线特征

ARINC-429总线结构简单、性能稳定，抗干扰性强，其最大的优势在于可靠性高，这是由于非集中控制、传输可靠、错误隔离性好。

1.基本结构

ARINC-429总线面向接口型数据传输结构，定义了两种设备，发送设备只能有一个，而接收设备却可以有多个，结构如图3.1所示。图3.1ARINC-429总线结构

2.基本特点

(1)传输方式：单向广播式。信息只能从通信设备的发送口输出，经传输总线传至与它相连的需要该信息的其他设备的接口，但决不能倒流至已规定为发送信息的接口中。在两个通信设备间需要双向传输时，则每个方向上各用一个独立的传输总线。信息分发的任务和风险不集中。

(2)驱动能力：每条总线上可以连接不超过20个接收器。由于设备较少，故信息传递有充裕的时间保证。

(3)调制方式：采用双极型归零制的三态码方式。

(4)传输速率：分高、低两挡，高速工作状态的位速率为100kb/s，系统低速工作状态的位速率应在12.0～14.5kb/s范围内。选定后的位速率其误差范围应在±1%之内。低速用于一般的低速电子设备，高速用于传输大容量的数据或飞行关键信息。高速率和低位速率信息不能在同一条传输总线上传输。

(5)同步方式：传输的基本单位是字，每个字由32位组成。位同步信息是在双极归零码信号波形中携带着，字同步是以传输周期间至少4位的零电平时间间隔为基准，紧跟该字间隔后要发送的第一位的起点即为新字的起点。

3.电气特性发送设备与接收设备采用双绞屏蔽线传输信息，通过一对双绞线反相传输，具有很强的抗干扰能力。传输介质固有的完整性保证几乎没有信息漏失。双绞屏蔽线要求在屏蔽线两端及所有中断处接地，屏蔽层与靠近机架插座的飞机地线连接，以保证可靠接地。对于信号的发送电路和接收电路电平均有一定的要求。发送器开路时，在发送器输出端应给出规定范围内的输出信号电平，如表3.1所示(发送器对地处于平衡状态)。在接收器输入端出现的差动电压，取决于传输线的长度、支线配置以及传输总线所带接收器负载的个数。在没有噪声的情况下，接收器输入端的正常电压范围如表3.2所示。表3.1输出信号电平表3.2输入端的正常电压实际上，这些额定电压将受到噪声和脉冲畸变的干扰，接收器应能识别比发送端所发送信号范围更宽的电平，电压范围如表3.3所示。信号传输中电器特性的另一个要求是阻抗，包括发送器输出阻抗和接收器输入阻抗。发送器输出阻抗为75Ω±5Ω，在线A和线B间均分，使输出阻抗平衡，发送器的“高”、“零”和“低”输出状态与这些电平间的瞬变过程期间均有输出阻抗。虽然发送器输出阻抗规定为75 Ω±5 Ω，是为了与双绞屏蔽传输线的特性阻抗匹配，但实际上，双绞屏蔽线特性阻抗的离散性较大，因而匹配也只能是近似的。实验验证表明，对特性阻抗在60～80Ω范围内的双绞屏蔽电缆，均能得到比较满意的传输效果。表3.3电压范围接收器输入阻抗要求接收器的输入端阻抗特性如下：

(1)差动输入电阻RI = 12000 Ω(最小值)；

(2)差动输入电容CI = 50pF(最大值)；

(3)对地电阻RH和RG均大于12000Ω；

(4)对地电容CH和CG均小于50pF。接收器输入总电阻受到RI、RH和RG并联的影响，最小值是8000 Ω(20个接收器负载最小电阻为400Ω)，一根传输总线上连接的接收器数量不超过20个，且每个接收器应采用隔离措施，以防止本接收器发生故障时，影响连在传输总线上的其他接收器正常接收数据。信号传输中电气特性的第三方面要求是容错电压，分别涉及到接收器外部容错电压、发送器外部容错电压和发送器外部负载容错电压。接收器外部容错电压是接收器连接到正常工作的传输总线上时，应能承受加到引端上的下述稳定电压，但不要求在下述这些条件下工作：

(1)加在A、B两端间为30V交流电压有效值；

(2)加在A端与地之间为±29V直流电压；

(3)加在B端与地之间为±29V直流电压。发送器外部容错电压由外部故障电压造成发送器故障后，它不应使其他发送器和传输系统中的其他电路的工作状态超出正常也围，甚至失效。发送器外部负载容错电压是发送器应能承受加在电路上的短路负载，在短路期间，不遭受损坏，短路负载情况如下：

(1) A端与B端之间短路；

(2) A端与地之间短路；

(3) B端与地之间短路；

(4) A端和B端与地之间同时短路。信号传输中电气特性的第四方面要求是故障隔离，包括接收器故障隔离和发送器故障隔离。接收器故障隔离是指每个接收器应采用隔离设备，在接收器内部的外场可更换组件或在外部传输总线上的其他接收器发生故障时，不使输入传输总线上的电压超出本标准规定的正常工作范围，即发生欠电压或过电压。发送器故障隔离是指每个发送器应采用隔离设备，在外场可更换组件发生故障时，不使其输出电压超出下列范围：

(1) A端与B端之间30V交流电压有效值；

(2) A端与地之间 ±29V直流电压；

(3) B端与地之间 ±29V直流电压。3.1.2ARINC-429数据下面主要讲述数字数据传输系统的信息本身要素及信息处理方法。

1.数据编码信号传输中，采用双极性归零制的三态码调制方式，即调制信号由“高”、“零”和“低”状态组成的三电平状态调制。每一位前半周期为高电平时，表示逻辑1，为低电平时，表示逻辑0。后半周期电压均回零。ARINC-429总线编码如图3.2所示。图3.2ARINC-429总线编码

2.数据字基本信息单元是一个32位的数据字。这个数据字有5种形式：二进制补码(BNR)数据、十进制(BCD)数据、离散数据、维护数据、AIM数据(即应答、ISO5号字母表和用ISO5号字母表表示的维护数据)。数据传输采用广播传输原理，由源系统以足够高的速率提供传输数据，从而保证两次更新间增量值的变化较小，按开环进行传输，也就是不要求接收器通知发送源已收到信息。奇偶校验位作为每个数字的一部分进行传输，允许接收器完成简单的差错校验。通用字字长为32位，各位功能定义如表3.4所示。表3.4ARINC-429基本信息单元

1)信息标识符(LABEL)基本信息单元数据字中第1位～第8位二进制编码信息标识符用于识别BNR和BCD数据内包含的信息；识别是“离散”还是“维护”或“AIM”数据字。当传输总线设备标识信息时，数据字内含有的信息类型用5个字符的标号来识别，前三个字符是该字的第1位～第8位，采用二进制编码表示。5个字符标号中的后两个字符为用十六进制表示的设备识别码，该代码能把具有相同标号、来自不同设备的参数加以区别。实际应用中，用设备识别字来识别不同的源设备。设备识别字按BCD数据字格式编码，规定标号为377，字内两个最低有效数字即为设备识别码，同时，设备识别字的发送是任选的。

2)源、目标标识符(SDI)在数据字中，第9位和第10位用作数据的源、目标标识功能。当需要将特定字发送给多系统设备的某一特定接收系统，或者多系统设备的源系统需要根据字的内容被接收器识别时，可用源、目标标识功能。当使用这种功能时，源系统应按表3.5所示的第9位和第10位为机载装置所确定的序号编码。接收器应识别自身装置代码的字和包含代码“00”到“全访问”代码的字。在不用源、目标标识功能时，第9位或第10位填充二进制0或有效数据。在两种情况下，第9位和第10位不表示源或目标标识功能。一种是字母和数字(ISO5号字母表)数据字；另一种是根据分辨率需要，把位号第9和第10用作有效数据的BNR或BCD数字数据字。表3.5源、目标标识符

3)设备标识码(ID)有些设备带有多个子设备，设备标识码(16位)指出子设备的名称，例如信息标识符为015的风速有3种来源：ID为02表示飞行管理计算机，ID为04表示惯性系统，ID为05表示姿态和航向参考系统。

ID不在数据字格式中体现。它和信息标识符的具体含义及对应关系，在总线标准中由专门的参数表给予说明。

4)数据段

(1)BNR数据和BCD数据。对于BNR和BCD数据，每个信息可以根据系统要求采用两种数字语言编码的一种，也可以同时采用两种数字语言编码。两种数字语言编码的信息，对每一种都必须分配各自的标号。当数据字段中有未用位时，未用位应由二进制0填充。对于BNR和BCD数据字，其未用位除可填充二进制0外，也可用有效数据位或离散量填充。

(2)离散数据。用离散量表示数据字中的未用位时，位分配规则是：首先给定第11位，接着按升序给定第12位，直到数据字段为止。也可以用一个字表示离散数据，它分为两种：通用离散字和专用离散字。通用离散字占有7个标号，即270XX～276XX(XX为设备标识码)，这些标号按升序使用，即从270XX开始使用，直到276XX为止。对使用离散字较多的源系统，除采用通用离散字外，还可采用专用离散字。

(3)维护数据。通用维护字占有5个标号(350XX～354XX)，该标号的使用和通用离散字相同，也按升序排列，即只传输一个维护字时，就用标号350XX；当传输超过一个维护字时，首先用350XX，再按升序使用，直到维护信息结束为止。通用维护字内可包含离散数据、BCD和BNR数据，但不包括ISO5号字母表信息。

(4) AIM数据。在AIM数据的3种应用中都可以传输多于21位的数据包，源系统把要传输的信息分成几组，包含初始字、控制字(可选字)、中间字(可选字)、结束字等，每个字仍由32位组成。应答数据字的标号为355，ISO5号字母表中数据字的标号为357，含有ISO5号字母表中维护信息数据字的标号为356。AIM数据传输的特点是标号始终不变。AIM数据又可以分为初始字、控制字、中间字和结束字。①初始字。初始字是传输信息每组中的第一个字。初始字是传输中所必须有的，AIM数据的初始字格式如下：

·应答初始字：第1位～第3位为标号355；第9位～第16位为用二进制表示的本组要传输的字数(含初始字)，若本组只需要传输一个初始字(即传输信息位总数不大于13)，那么第9位～第16位为二进制0；第17位～第29位作为信息传输(格式不作规定，根据协议定)；第30位、第31位为符号、状态域；第32位为奇、偶校验位。

·ISO5号字母初始字：第1位～第3位为标号357；第9位～第16位与应答初始字相同；第17位～第22位用作单位寻址，各位的用法见表3.6。

·维护初始字：第1位～第8位为标号356；第9位～第16位与应答初始字相同；第17位～第22位为二进制0；第32位～第29位与ISO5号字母表中的初始字相同；第30位、第31位、第32位与应答初始字相同。表3.6AIM数据②控制字。ISO5号字母表及维护数据的第二个字为“控制字”，控制字在信息传输中是一个任选字，根据系统需要选用。控制字的格式如下：第1位～第8位为标号356或357；第9位～第13位为用二进制数表示的行计数；第14位～第16位用于彩色编码；第17位、第18位用于亮度编码；第19位、第20位用于字符尺寸编码；第21位用于闪烁显示；第22位～第29位为二进制0；第30位、第31位为控制状态“11”；第32位与应答初始字相同。③中间字。每组的第三个字为中间字，中间字跟在初始字或控制字之后，它也是一个任选字，只有当信息传输的位数多于初始字和结束字所能容纳的位数时才选用中间字。中间字的第30位、第31位为符号状态域，中间字的格式如下：

·应答中间字：第9位～第29位用于信息传输。

·ISO5号字母中间字：第9位～第29位分为3个7位的字段(第9位～第15位，第16位～第22位，第23位～第29位)，其中每个代表一个ISO5号字母表中的字符。

·维护中间字：维护中间字与ISO5号字母中间字相同。

·结束字：每组的结尾为结束字，结束字的第30位、第31位为符号、状态域，应答结束字第9位～第29位与应答中间字相同， ISO5号字母结束字和维护结束字的第9位～第29位均与其中间字相同。

(5)符号、状态矩阵(SSM)。

BCD数字数据的符号(正/负、北/南、东/西、右/左、去/来、上/下等)、AIM数据的字类型(初始字、中间字、控制字和结束字)及发送器硬件的状态用第30位和第31位编码，见表3.7。离散字的符号、状态矩阵应按BCD数字数据说明的规则编码。发送器硬件的状态和BNR数字数据字的符号(正/负、北/南、东/西、右/左、去/来、上/下等)应按字的位号29、30、31编码，见表3.8和表3.9。表3.7符号和状态表3.8发送器硬件状态表3.9BNR数字数据字符号

(6)校验位。校验位使用奇偶校验方式。下面举两个例子进行说明。

[例1]分析总线数据6D3800C2H的物理意义。

6D3800C2H = 01101101001110000000000011000010B后8位反读为103Q，经过查询参数表得知，该数据表示空速，二进制补码BNR式，数据单位为km/h，分辨率为0.5，有效数据位为11位(左对齐)，校验方式为奇校验。据此得出数据是 +69CH × 0.5 = 846.0km/h的空速。

[例2]按总线数据字格式写出偏航距离：偏东225.6km。经过查询参数表得知，偏航距离用十进制BCD格式表达，其标识符为003Q，单位为km，有效数据为4位，分辨率为0.1。据此得出总线数据为

0101000100101011000000011000000B = 889580H

3.数据表示

ARINC-429数字信息传输中，数据的单位、范围、分辨率、传输间隔、有效数字、有效位数和填充位等信息对于完成信息高效、准确、快速、可靠的传输有着重要的作用。在编制一个给定参数的二进制数据标准时，首先按其顺序确定参数的单位、最大值和分辨率，然后使该字的最低有效值等于分辨率增量，而确定有效位数时应使二进制数最大值大于参数最大值，选择分辨率时，应使该字的分辨率等于或高于精度。如对于角度的二进制表达，采用度数除以180°作为数据传输的单位，用±1作为2的补码浮点数编码的范围。这样，当角度范围为0°～359.xxx°时，编码就变为0°～179.xxx°，最高有效位值是0.5°，且在代码内不会发生突变。对上述数据表示做进一步的分析，假定按1的分辨率增量给0°～350°范围内的角度按上述规则进行编码，正半圆将覆盖0°～179°(误差为一个分辨率增量)，在0°时，代码的所有位全为0，而在179°时，则全为1，且符号、状态域表示正号。负半圆将覆盖180°～359°，在180°时，代码的所有位全为0，把二进制2的补码浮点数看做是360°减去每个角度值后的结果，就可确定180°～359°之间的角度代码。这样，181°的代码就是179°代码的补码，在整个负半圆(包括180°在内)符号、状态域置为负号，从而提高了数据表示的精度。3.1.3通信控制文件数据传输采用指令、响应协议进行，其传输数据为二进制数据字和ISO5号字母表字符两种。文件的结构形式是：一个文件由1～127个记录组成，一个记录又由1～126个数据字组成。文件传输协议规定如下。

1．发送器与接收器间的文件数据传输

1)正常传输发送器有数据要送往接收器时，发送器通过传输总线发送“请求发送”初始字(其中包括待发送的记录数)，接收器接到此初始字后，通过另一条传输总线以“清除发送”初始字作为应答，其内容表示接收器准备好接收数据，发送器收到此应答之后，先发送第一个记录。在发送记录的过程中，先发送“数据跟随”初始字，其内容包括这一记录的序号及记录内的字数，后跟“中间字”和“结束字”。接收器处理“结束字”的错误控制信息，如无误，接收器将发送“接收正确”初始字，以结束一个记录的传输。接着进行下一个记录的传输，直到文件传输完毕。

2)错误处理

(1)接收器未准备好。发送器发送“请求发送”初始字后，接收器则以发送“清除发送”初始字作为应答，若该初始字的内容为接收器未准备好(即第9位～第15位为二进制0)时，发送器应等待200ms后再重发“请求发送”初始字。直到发送器接到接收器准备好的“清除发送”初始字后，按正常传输进行文件数据传输。在文件数据传输时有这样一种情况，当发送器发出“请求发送”初始字后，如果没有收到接收器的响应，则发送器应间隔50ms发送一次“请求发送”初始字，若重复二次仍未收到接收器的响应，则发送器可按正常传输发送“数据跟随”初始字、中间字、结束字，直到文件数据传输完毕，这种文件数据传输处理称为降格工作方式。采用这一特点，使得接收器到发送器的传输总线一旦发生故障也能进行文件数据传输。

(2)奇偶校验错误。接收器在接收过程中检查到一个奇偶校检错误，接收器应发送“接收错误”初始字，请求错误校正。这时，发送器应中断发送并回到被识别出错误记录的起点，再按正常传输发送“数据跟随”初始字、中间字、结束字，直到文件数据传输完毕。接收器根据错误控制信息检测出检查和错误时，接收器发送“接收错误”初始字。如果在此初始字中未指明出错记录序号，发送器应重新发送整个文件；如果在此初始字中已指明出错的记录序号，则发送器从该记录的开始重新发送。

(3)失步。接收器通过发送“失步”初始字，随时向发送器发出“失步”通告，发送器收到该字后，应立即终止数据流，并回到文件的起点，再按正常传输重新发送。

3)标题信息传输发送器既不发送自身文件、也不请求接收文件时，信息发送器可只发送一个“标题信息”初始字给接收器。

4)两终端间的文件数据传输在两终端彼此有信息连续交换的系统内，甲终端发送“查询”初始字，乙终端若有数据传送，就发送“请求发送”初始字作为响应。若乙终端无数据传输，则对甲终端查询字的响应也发送一个“查询”初始字，以询问甲终端是否有数据向乙终端发送。

2.传输控制字

1)初始字文件传输的初始字有8种类型，其字段结构及内容见表3.10。

2)中间字中间字用来传送文件的数据，传送ISO5号字母时，标号采用357，第9位～第29位规定为ISO5号字母表字符；传送BNR数据时，第1位～第8位为文件标号，第9位～第29位为二进制数据，对于字母，数字数据交叉存放能力，其格式由专用协议规定，第30位、第31位按字类型编码，第32位为奇偶校验位。表3.10文件传输初始字

3)结束字每个记录的结束字包含错误控制信息，第9位～第29位规定为错误控制检查和，检查和是根据每个记录中间字的第9位～第31位的状态计算出来的。初始字、结束字的标号(第1位～第8位)为协议规定的文件标号，查询字的标号(第1位～第8位)为二进制0，第30位、第31位按字类型编码安排，第32位规定为奇偶校验位。文件传输用每个字的第30位、第31位表示字类型，文件传输数据为ISO5号字母和二进制数据字。文件传输的标号根据文件的应用而定，包括管理计算机系统交互通信等，如需要具有优先级超控能力，有必要给这些应用中的文件分配一个以上的标号。在信息传输中，先传标号，后传数据。当传输数据时，应首先传输最低有效位和最低有效字符；但标号应先传最高位，后传最低位，即字的最低有效位就是标号的最高有效位。数据位编码逻辑的实现是在位区间开始后处于“高”状态，且在该位区间结束前又回到“零”状态，则该位区间内的这一“高”状态表示逻辑1；反之，在位区间开始后处于“低”状态，又在该位区间结束前回到“零”状态的这一低状态表示逻辑0。为了能够在接收器内进行错误检测，每个字最后一位的编码应使字的奇偶校验为奇，奇偶校验计算包括该字的标号和信息共31位。3.1.4接口逻辑在ARINC-429总线接口实现中，通常使用专门的具有ARINC-429总线发送和接收功能控制器芯片。目前，有众多厂家提供多种多样的芯片，其中具有代表性并获得广泛应用的有HARRIS公司生产的HS-3182、HS-3282。

HS-3182和HS-3282完全支持ARINC-429的数据传输，表现为两个方面：一是符合ARINC-429的电压要求；二是符合军用温度范围。它们可以和TTL、CMOS和NCMOS连接，而且使用标准的+5 V电源电压。下面以HS-3282芯片为例介绍ARINC-429接口设计。

1.HS-3282介绍

1) HS-3282芯片的特点和结构

HS-3282是一款面向ARINC-429总线以及类似ARINC-429编码时分多路串行数据传输协议的高性能COMS型接口驱动控制器，能直接与ARINC总线连接，而不需电平转换。它由两个可以独立工作的接收器和一个发送器组成，接收器的工作频率是所接收数据速率的10倍，接收器的工作频率既可以与发送器相同，也可以不同。虽然两个接收器工作频率是相同的，但是它们在功能上是独立的，而且每个接收器都异步地接收串行数据。ARINC-429芯片的发送器主要由一个FIFO存储器和时钟电路组成，FIFO存储器用于保存8个待发送的ARINC数据字，而时钟电路按照ARINC规范要求对每个ARINC字之间的时间间隔进行正确的区分。尽管在ARINC规范中对ARINC-429定义为32位字长，但实际上HS-3282也可以对25位字长进行操作。在接收器内部，校验电路对接收的数据自动进行奇偶校验，锁存奇偶校验位状态的同时从BD08引脚输出。在发送器中，奇偶发生器将自动产生校验位，并随数据发出。校验位究竟是奇校验还是偶校验取决于控制字中的PARCK控制信号的状态，当引脚BD12上为逻辑0时，在发送输出的数据流中产生奇校验，为1时，产生偶校验。

HS-3282提供了0～100kb/s的数据传输速率，对传输速率的改变可以通过调整外部时钟的方法实现，但外部时钟的频率必须是数据传输速率的10倍，以保证不会发生数据混乱。HS-3282采用单电源+5 V供电，为低功耗芯片，有CERDIP封装和CLCC封装两种形式，如图3.3所示。图3.3HS-3282封装形式(a) CERDIP封装；(b) CLCC封装

HS-3282原理框图如图3.4所示，HS-3282内部接口电路如图3.5所示。

HS-3282的引脚输入、输出功能如图3.6所示，其详细说明见表3.11。图3.4HS-3282原理框图图3.5HS-3282内部接口电路图3.6HS-3282的输入/输出引脚表3.11HS-3282的引脚

HS-3282是为了满足ARINC-429和其他串行数据口所设计的。为了在一个简单的低功耗的LSI电路上集中接收、发送、异步、定时和奇偶校验等功能，使用了一种简单的控制模式，即控制字方式。它在满足ARINC-429的基础上，提供了可选择的奇校验或偶校验，还提供了由用户选择的25位或32字长。接收器和发送器相互独立工作，接收器及发送器所需要的并变串转换也设计于HS-3282内部。通过外部的TTL时钟输入来提供1MHz的时钟信号，外部的TTL时钟必须是数据率的10倍。为了满足以上所述的功能，需要一些外部控制信号。为了减少管脚数目，设计了一个内部控制字寄存器。控制字从数据口传到此寄存器中，由控制信号CWSTR写入。控制字具有11位，这些控制功能及它们所占用的数据位如图3.7所示。图3.7HS-3282控制字格式

ST——选通从发送器到接收器的自测试。置1，接收线送来的数据被移入接收暂存寄存器；置0，发送器发出的数据被移入接收暂存寄存器。

E1、E2——激活S/D解码器。置1，激活S/D解码器；置0，取消S/D解码器。

X1、Y1、X2、Y2——预置的S/D码，与接收总线的相应S/D数据位进行比较。

PA——控制奇偶校验。置1，奇偶校验位被设置成奇校验；置0，奇偶校验位被设置成偶校验。

TV——选择高或低发送器数据率。置1，发送器时钟频率为输入时钟频率的1/80；置0，发送器时钟频率为输入时钟频率的1/10。

RV——选择高或低接收数据率。置1，接收数据的采样频率为输入时钟频率的1/8；置0，接收数据的采样频率为输入时钟频率。

WL——选择字长。置1，发送和接收数据字长为25位；置0，发送和接收数据字长为32位。

ARINC-429数据格式按表3.12所列从发送器中发出或输入到接收器。16位数据线上进行输入/输出时，这个格式将发生变换。表3.13、表3.14所列格式为从接收器输出的数据和往发送器输入的数据格式。表3.12ARINC-429数据格式表3.13ARINC-429字格式1表3.14ARINC-429字格式2如果接收器在一个数据串接收完之前被打断，接收器将复位并放弃所接收到的半个数据。如果发送器要发送连续的数据字，每个数据字之间将自动插入4位空位(正、负输出都保持0 V电压输出)。

HS-3182接口的作用是将HS-3282发送通道的TTL数据信号转变成差分曼彻斯特Ⅱ编码发送到ARINC总线上去。

2)数据接收因为两个接收器在功能上是相同的，所以这里只介绍一个接收器。接收通道是在数据接收功能实现中，由线性接收器，自测试选择器，字间隔定时器，数据移位寄存器，源、目标解码器组成。线性接收器(LR)：它的功能是转换电压电平。它把429格式10V的差分电压转换成5V的内部逻辑电平。自测试选择器(SEL)：线性接收器的输出是SEL的两个接收信号之一，它输出到自测试数据选择器上，到SEL的另一个信号是从发送器来的，用于进行通道自测试。字间隔定时器(WGAT)：无论是自测试还是ARINC总线来的数据都被WGAT采样，以产生数据时钟。接收采样频率由接收发送定时电路产生(10MHz，1MHz，125MHz)，这个采样频率是数据率的10倍，以确保采样无误。数据移位寄存器(DSR)：接收数据时钟产生后就被用于移动数据到32位的长数据移位寄存器中，数据字的长度可以是25位或32位，这由控制字决定。当一个字被全部接收后，字间隔定时器电路立即产生一个WC信号。源、目标解码器(S/DDEC)：它的功能是把用户设定的码(X和Y)与数据的第9位和第10位比较，如果两码相匹配，它将产生一个WC信号，以锁存接收到的数据，否则数据被放弃，不产生锁存动作。E信号控制S/DDEC是否进行解码。如果数据被锁存，将产生一个指示信号D/R，表示一个有效数据已经准备好，可供用户使用。一旦接收器将数据移入到移位寄存器中，就置位设备准备好标志，表明数据已经准备好，可供CPU读取。如果数据未被读取，则接收器接收下个数据时重写该寄存器。不论接收的是32位或者是25位的数据字，与CPU的数据交换中都用两个16位的方式，在下个接收数据写入到寄存器前，CPU可以对数据字读取一次，或者是多次读取。对接收数据的奇偶校验结果状态保存在接收器中，并在数据字1的操作过程中通过信号线BD08输出。当用户读取数据时，首先要给SEL信号一个逻辑0电平，并且产生读取允许脉冲信号EN，包括标号域的第一个16位数据字就被送到数据总线上。要获得第二个16位数据字，用户必须设置SEL信号为逻辑1电平，并且再次产生读取允许脉冲信号EN，脉冲信号的周期应满足用户读取数据字的电路需要。第二个EN脉冲还用于设备准备D/R1信号，这样一个读取数据周期就完成了。

3)数据发送发送器是由一个包含8个字、每个字长31位的FIFO，奇偶检验位产生电路，发送字时间间隔电路和驱动电路组成的。

FIFO存储器能够将装入到输入寄存器的数据自动传输到输出寄存器，以便串行发送，这样的组织结构消除了从输入寄存器到输出寄存器进行数据管理所消耗的时间。FIFO的输入寄存器由两组16个D触发器构成，并由PL1和PL2提供时钟控制，实际操作中PL1必须超前于PL2，一旦接收到PL2信号，将数据传输到FIFO，在PL2信号的上升沿到来时，数据锁存到D触发器。如果FIFO在初始化后变空或者是堆栈未满，数据就自动传输到堆栈存储区，同时传输到输出寄存器，或者传输到FIFO中空的存储寄存器。如果发送允许信号(ENTX)为低电平无效状态，数据就保留在输出寄存器中。因为FIFO存储器可以存储8个31位字长的数据字，所以，当FIFO存储器满时，由PL信号重新选通新数据字和重写旧数据字，数据在存储器中一直保持到ENTX信号变为逻辑1，这时在激活FIFO时钟的同时，将数据串行输出到发送驱动器。从以上分析可以看出，只有在ENTX信号为低电平无效时，才可以将数据装入到FIFO中，当发送数据时，不能对FIFO进行写入数据操作。

FIFO出寄存器可以将24位或31位长的数据字串行移位输出，数据字的长度由WLSEL控制。发送字时间间隔计数器自动地在两个字之间插入4位字长的间隔，这样保证每次字发送的最小时间为29位或36位时间长度。如果ENTX信号保持逻辑1，每产生一次传输到堆栈的信号就引发一次堆栈操作，一直持续到最后一个字移出FIFO存储器。这时，发送器准备标志(TX/R)信号转变为有效，向CPU表明发送器准备好接收8个数据字。在数据发送中，如果ENTX变低之后又变高，将终止未发送数据字的发送，同时也破坏FIFO完整的数据内容。数据发送中的奇偶校验是这样实现的，使用一个位计数器检测从FIFO中移位输出的数据字的最后一位，以及将奇偶校验位产生器所产生的奇偶位合并到数据字的最后一位之后。奇偶校验位产生器有一个奇偶校验选择(PARCK)控制信号，决定对输出数据字进行奇校验还是进行偶校验：如果PARCK是逻辑0，则进行奇校验；如果PARCK是逻辑1，则进行偶校验。

4)数据转发数据转发操作实现了将接收数据直接传输到FIFO中再发送出去。数据转发操作中，数据字移入到移位寄存器中，D/R标志变为低电平，SEL信号变为逻辑0，选通EN1信号。上述操作与正常的接收操作一样，同样将半个数据字(16位)发送到数据总线上，通过同时选通PL1信号和EN1信号，将16位半字数据发送到FIFO中；然后EN1信号变高，以及通过PL2信号选通第2个16位半字数据并存储到FIFO中。数据存储到FIFO中时，将去掉奇偶校验位而只保留31位数据，并等待发送输出。

ARINC-429数据传输操作中，不管是数据的接收操作，还是数据的发送操作，都是在CPU的控制下完成的。对于CPU而言，常见的有16位数据总线或者8位数据总线。这里分别以16位数据总线的CPU和8位数据总线的CPU为例，介绍HS-3282与CPU的接口设计。

5) HS-3282与CPU的接口设计

HS-3282与CPU的接口设计及其通信涉及4个方面的内容：逻辑控制、地址译码、中断管理和数据传输软件设计。图3.8是HS-3282与16位CPU的接口线路图。图3.8HS-3282与16位CPU接口线路图

(1)逻辑控制。逻辑控制线路的功能在于对CPU控制信号进行驱动，实现CPU对接口控制器的读/写操作以及数据交换。上述功能通常是通过联合使用微处理器的读RD、写WR控制信号、地址信号和数据允许信号(DEN)来实现的。上述设计要求在读数据操作中，当RD信号低有效的同时在地址总线出现预定的地址，形成允许读取数据的信号EN1和EN2。在接口设计中需要注意的是，地址总线的最低有效位通常用于数据字1或数据字2的选择，DEN信号用于表明数据总线数据有效。在写数据操作中，当WR信号低有效的同时在地址总线出现预定的地址，形成允许写数据的信号CWSTR、PL1和PL2。

(2)地址译码。在图3.8中，发送器FIFO的地址是F8H(第一个数据字)和FAH(第二个数据字)，控制字寄存器的地址是FCH，通过对上述地址的写操作，就将数据写入到相应的寄存器中。1号接收器的锁存地址分别是F8H(第一个数据字)和FAH(第二个数据字)，2号接收器的锁存地址分别是FCH(第一个数据字)和FEH(第二个数据字)，通过对上述地址的读操作，就将从HS-3282相应的寄存器中获得数据。由于不能对接收器锁存器执行写操作，以及不能对发送器的FIFO和控制字寄存器执行读操作，所以，读功能和写功能的实现中使用相同的地址。

(3)中断管理。为了实现高效的数据传输，HS-3282提供了中断功能。在HS-3282的中断管理中，如果同时使用两个接收器，则最少需要三个中断矢量：用TX/R表明数据传输结束，两个D/R分别表明不同的接收器已完成数据的接收，准备好有效的数据字以便读取。由于数据发送器不工作时TX/R信号保持高电平的周期不确定，所以微处理器对该中断的响应采用边沿触发的方式。

6)数据传输软件设计

HS-3282的数据传输包括了数据发送操作和数据接收操作，图3.9给出了数据传输操作的流程图。由图3.9可以看出，数据传输操作的开始，首先进行控制寄存器的初始化操作，以及设置数据发送器可用标志。如果准备好数据的发送操作，微处理器将数据存储到临时缓冲区中，直到数据发送器可以利用，同时，将数据从临时缓冲区装入到发送器的FIFO中。数据装入到FIFO后，微处理器复位数据发送器可用标志，表明数据发送器暂时不可用。除非产生新的中断，微处理器才会处理其他任务，或者继续将数据存储到临时缓冲区中。如果接收到D/R中断，微处理器将从接收器锁存器读取数据，并进行相应的处理，如果接收到TX/R中断，则重新设置发送器可用标志，将缓冲区的数据写入到FIFO中，进行发送操作。图3.9数据传输操作的流程图

2.HS-3182介绍

HS-3182是一款面向ARINC-429总线数据传输协议的高性能CMOS型接口线驱动器，用来与ARINC-429总线接口芯片HS-3282配合使用，以满足ARINC-429的要求。HS-3182作为HS-3282的驱动器完成差分信号转换以及传输速率调节。HS-3182包括两个发送器，发送数据可直接与429总线连接，且对429数据处理速率可达到100kb/s。

HS-3182的逻辑输入是与TTL和CMOS兼容的。输入数据A和数据B的信号中包含时钟和同步信息。这种特点提高了系统性能，然而也使得HS3182必须与其他器件配合使用而不能单独使用。HS-3282有SBDIP封装和CLCC封装两种形式，如图3.10所示。图3.10HS-3182封装(a)SBDIP封装；(b)CLCC封装

HS-3182内部电路如图3.11所示。

HS-3182需要3种电压：+V = +15 V±10%，-V = -15 V±10%和V1 = 5 V±5%。VREF用来实现输出电压的波动，例如VOUT(DIFF) = 参考电压±2V。通常，VREF = V1 = 5 V ± 5%，但是作为参考电压的单独供电电压不能超过6V。在25°条件下，驱动器的输出阻抗为75 Ω±20%。驱动器输出的上升沿与下降沿的时间由两个扩展电容CA和CB改变。高速传输(100kb/s)时，电容CA、CB的典型值都是75pF；低速传输(12～14.5kb/s)时，CA、CB的典型值都是300pF。从结构图可以看到，输出有过压保护和短路保护。HS-3182的环境温度范围是-55～+125℃或者-40～+85℃。各个输入引脚的真值表如表3.15所示。图3.11HS-3182内部电路表3.15真值表

3.基于HS-3282的429通信

1)硬件原理

HS-3282和CPU的接口比较简单，发送时经常与HS-3182配合。HS-3182是满足ARINC-429规范的、双极数据输入的线驱动器。前面我们已经详细介绍了HS-3282的内部结构、寄存器、管脚图等，下面我们介绍该用HS-3282实现ARINC-329通信接口的原理框图，图3.12是ARINC-429总线收发的经典电路。复位是低电平有效，外部工作时钟为1MHz。该电路具有二路接收，即第一路接收(RX429A+，RX429A-)和第二路接收(RX429B+，RX429B-)，具有一路发送，即(TX429+，TX429-)。发送时，HS-3282为前级输出，HS-3182为正式差分输出。C2、C3为68pF的电容，这两个电容至关重要，最好采用高精度军品电容。一般作为CPU外围I/O设备的接口芯片，都有片选、读、写信号和选择片内寄存器的若干地址线。但HS-3282有点特殊，每一个寄存器操作信号都需要对CPU信号进行译码产生。图3.12ARINC-429收发电路图3.13是HS-3282控制逻辑示意图。最好直接选择外部数据总线为16位以上的CPU，如MC80186、F240等。如果必须用8位的CPU，则需要2个8位的锁存器，一次将16位先读/写到锁存器中，然后分别对2个锁存器进行读/写，硬件和软件都比较麻烦。控制逻辑以CPU提供的I/O操作信号IS和读/写信号RD、WR以及地址A2A1为输入，为HS-3282产生操作信号，诸如读第一路接收数据寄存器信号RD429A，第二路RD429B，发送低字选通信号WR429LW，高字选通信号WR429HW，发送使能控制TX429EN等。控制逻辑和CPU同时监视HS-3282的3个状态信号：第一路接收准备好信号RX1RDY，第二路准备好信号RX2RDY，发送准备好信号TX429RDY。这些状态信号一方面可供软件查询，另一方面由控制逻辑产生INT中断请求。图3.13ARINC-429控制逻辑在图3.13和下面的逻辑描述中都没有体现为CPU提供READY信号的要求。一般情况下，作为I/O外设的HS-3282读/写速度要比CPU慢，应该用一个状态机进行速度匹配，为CPU产生READY信号。表3.16是对图3.13控制逻辑电路地址的一种分配方法，并不是唯一的。在发送使能信号TX429EN控制中，简单地把发送准备好信号TX429RDY反相后输出。亦即只要HS-3282发送器有空闲，就允许发送。HS-3282的发送器包括一个FIFO，可以存储8个32位的429数据字。在要求爆发式(Burst)发送时，可以把发送使能TX429EN直接由CPU控制。一般发送使能TX429EN处于禁止状态，当CPU填充HS-3282的发送FIFO字数达到自定数目(如8个)时，再使能发送，使FIFO中数据全部发送出去。表3.16HS-3282寄存器分配实现逻辑如下：

IS，RD，WR，pin；//CPU方的I/O操作、读写信号，皆为低有效

IOAddr=[A2，A1，X]；//CPU方的I/O地址

……

ENTX429A=!TX429ARDY；//ARINC-429发送使能！RD429A=!IS&!RD&((IOAddr=RX429ALW)#(IOAddr=RX429AHW))；

//读第一路ARNIC-429接收寄存器高低位！RD429B=!IS&!RD&((IOAddr=RX429BLW)#(IOAddr=RX429BHW))；

//读第二路ARNIC-429接收寄存器高低位！WE429AL=!IS&WR&(IOAddr=TX429ALW)；！WE429AH=!IS&WR&(IOAddr=TX429AHW)；

//写第一路ARNIC-429发送寄存器高地位

!WR429ACW=!IS&!WR&(IOAddr=CR429A)；

//写第一片HS-3282控制寄存器！INT=!RXIRDY#RX2RDY;

//2路接收准备好，共享终端请求

2)软件逻辑介绍上电复位后，软件应在正式工作前初始化HS-3282，即向控制器写控制字。初始化时可以设置字长为32位或25位。外部提供的工作时钟为1MHz，内部接收和发送速率可以设置为工作时钟的1/10或1/80，即100kb/s或12.5kb/s；也可以设置为自测试模式，即HS-3282的发送直接在内部环接到第一路接收，或者反相接到第二路。发送数据后比较发送和接收，判断HS-3282的工作状况。在此主要介绍正式工作时软件的一些功能算法。

(1)原始数据收发。在图3.12和图3.13的硬件设计中已经考虑到软件设计的方便性。软件收发既可以采用查询HS-3282的状态位进行，也可以采用中断驱动。原始数据的收发是整个系统的瓶颈，一般实用程序都采用中断接收、查询式发送。其中断响应作为核心部分，一般都使用对应嵌入式CPU的汇编语言实现。为清楚起见，采用算法语言描述。中断接收数据首先存放到缓冲区，亦即环形队列中，再由主程序读取，其结构如表3.17所示。表3.17中断接收结构与算法算法如下：

//环形队列缓冲区初始化

ProcedureInitBuf;

begin

DisableInterrupt; //禁止中断

RxNum:=0; //接收数目清0

WrPtr:=StartAddr; //写指针指向开始地址

RdPtr:=StartAddr; //读指针指向开始地址

EnableInterrupt; //使能中断

end;

//ARINC-429环形队列中断接收算法

ProcedureRx429InterruptbeginSaveRegister; //保护现场DataBuf[WrPtr]:=InpW(RX429ALW); //读HS-3282低16位字Increament(WrPtr); //写指针加1，后移DataBuf[WrPtr]:=InpW(RX429AHW); //读HS-3282高16位字Increament(WrPtr); //写指针加1，后移DisableInterrupt; //禁止更高级中断Increament(RxNum); //修改接收字数，即加1EnableInterrupt; //开放中断if(WrPtr≥EndAddr)then //若写指针到达队尾，则环绕之WrPtr:=StartAddr;RestoreRegister; //恢复现场end;//环形队列读取算法FunctionRd429Buf(varLW429，HW429:word):boolean;beginResult:=False;if(RxNum=0)thenexit; //如果没有接收数据，则退出Result:=True; //所读数据有效LW429:=DataBuf[RdPtr]; //读队列429低16位字Increament(RdPtr); //读指针加1，后移.HW429:=DataBuf[RdPtr]; //读队列429高16位字Increament(RdPtr); //读指针加1，后移DisableInterrupt; //禁止中断Decreament(RxNum); //修改接收字数，即减1EnableInterrupt; //开放中断if(RdPtr≥EndAddr)then //若读指针到达队尾，则环绕之RdPtr:=StartAddr;end;环形队列初始化应该在系统开放中断前调用，接收算法本身就是中断响应，而读取算法在主程序中数据处理时调用。环形队列缓冲区的大小应该和主程序处理速度取得平衡，太大则浪费空间，太小则容易溢出，造成混乱。

(2)多路接收中断共享算法。当两路以上接收共享一个中断时，容易出现覆盖现象，丢掉某一路数据，或使边沿触发的中断失效，不再接收任何数据。这种错误非常隐蔽，如图3.14所示。当在A点第一路准备好RX1RDY=L，XINT有效，从而引起中断，CPU进入中断处理响应，在AB之间已经判定为第一路有效并开始处理。处理到B点时，第二路接收准备好亦引起中断，但XINT已经有效，不会引起电平变化。中断响应程序继续进行，在C点退出，没有处理第二路接收。如果中断请求是电平(Level)敏感，中断处理退出后还可以再次进入，但有相当大的系统开销；若中断请求是边沿(edge)触发，在C点退出之后，因未处理第二路接收使得中断请求INT一直保持电平有效，但不能产生边沿跳变翻转，中断触发条件永远不能满足，系统死锁，各路数据将无一幸免地丢失。有人解决这个问题时采用“独占中断”的办法，将每一路接收准备好信号只对应到一条硬件中断请求信号上。嵌入式CPU能提供给外部的硬件中断都比较少，系统外围设备较少时尚能对付，I/O外设和接收通道变多时就束手无策。实质性解决办法需要“软硬兼施”。如图3.13所示，将HS-3282的RX1RDY、RX2RDY等状态信号同时送达CPU，组成只读“状态寄存器”，供CPU中断响应时查询。对中断处理方法如下：图3.14多路接收中断覆盖视图//多路共享中断处理程序算法ProcedureRxShareIRQbeginSaveRegister; //保护现场WhileData(/INT=L)do //中断请求信号电平有效beginReadSR; //读状态寄存器TreatReceive //根据状态，处理对应接收通道end;RestoreRegister; //恢复现场end;这个方法已经运用在多个不同种类的系统中，经证明是非常有效的。有人质疑在中断响应中使用循环是否合适，甚至认为在速度快、路数多的情况下CPU可能全消耗在中断循环中，仍然要丢失数据。其实，路数越多，这种办法越有效。因为它进入中断次数少，系统开销就少，对多路爆发式数据接收响应快。至于丢失数据则更不可能，CPU一般都比外设处理速度快得多。如果CPU速度不足以管理几路接收，并进行一定的加工处理，也就不需要这种“头重脚轻根底浅”的系统了。

(3) ARINC-429字与HS-3282数据转换。

ARINC-429的32位逻辑字和HS-3282数据线上两个16位的物理字并不完全等同，在数据接收后的处理和发送前需要软件进行适当的转换。目前我国在SZ-01规范中规定数字信息传输系统采用HB6096标准，和上面的规定差不多，只是把SDI、LSB、MSB统一规定到数据域，定义如表3.18所示。在和上层软件交换数据时，应以ARINC-429字格式进行，而在控制HS-3282收发时应以两个16位的物理字为单位。底层软件要进行互逆转换。总的转换方法如图3.15所示。注意，两者的标号逐位逆序对应，即D7→D0等。表3.18HS-3282标准图3.15ARINC-429与HS-3282数据转换以下是标号转换算法：

//-----------------------------------------------------

//functionTransLabel(value:byte):byte;

//功能:ARINC-429数据标号互换

//入口参数:

//value:原标号值

//Result=逐位转换后的新标号

//---------------------------------------------------

FunctionTransLabel(value:byte):byte;

begin

Result:=0;

if(valueand$01)thenResult:=Resultor$80;//交换D0←→D7

if(valueand$02)thenResult:=Resultor$40;//交换D1←→D6

if(Labeland$04)thenResult:=Resultor$20;//交换D2←→D5

if(valueand$08)thenResult:=Resultor$10;//交换D3←→D4

if(valueand$10)thenResult:=Resultor$08;//交换D4←→D3

if(valueand$20)thenResult:=Resultor$04;//交换D5←→D2

if(valueand$40)thenResult:=Resultor$02;//交换D6←→D1

if(valueand$80)thenResult:=Resultor$01;//交换D7←→D0

end;至于32位的ARINC-429数据和两个16位的HS-3282物理字的相互转换，可以参考上面的标号互换方法，不再给出具体算法。

HS-3282是为ARINC-429度身定做的，而且设计针对现今飞机技术最苛刻的要求，所以使用HS-3282来设计ARINC-429总线，既简单、有效，又严格保证其可靠性。我们已将上述设计应用在多个不同种类的航空电子系统中，经证明是十分有效的。随着航空电子系统之间的通信标准向ARINC-429总线靠拢，HS-3282的应用将更加广泛。3.2MIL-STD-1553B数据总线

MIL-STD-1553B数据总线的全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线(AircraftInternalTimeDivisionCommand/ResponseMultiplexDataBus)，它是由美国SAE的AE-9E委员会在军方和工业界的支持下，于1968年决定开发标准的信号多路传输系统，并于1973年公布了MIL-STD-1553标准，1978年发布了MIL-STD-1553B标准，1986年到1993年又进行了修改和补充。这个标准规定了飞机内部数字式总线的技术要求，多路总线的操作方式和总线上的信息流格式，以及电气要求和功能构成。我国与之对应的标准是GJB289A-97。目前，此标准已经在军用飞机、军用舰艇、陆军武器及工业方面得到了广泛的应用。

MIL-STD-1553B标准明确规定了MIL-STD-1553B多路传输数据总线通信网络的系统构成、连接方式、电气特性、工作模式、控制方式、响应规程、字的类型、消息格式、系统管理以及测试准则等。3.2.1MIL-STD-1553B总线特征使用多路数据传输的MIL-STD-1553B数据总线解决了航空电子系统中各子系统设备的信息传输及信息共享，提高了航空电子系统的可靠性、灵活性和可扩展性，降低了航空电子设备的寿命周期费用。

1.基本结构

MIL-STD-1553B数据总线上的节点分为不同的终端类型，有总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(MT)。一般情况下，这三部分通过多路总线接口(MBI)来实现其功能，通常把MBI嵌在计算机内，在一条数据总线上能同时连接31个远程终端。

(1)总线控制器(BC)：它是在总线上唯一被指定执行启动信息传输任务的设备，它发出数据总线命令，参与数据传输，接收状态响应和监视系统的状态，对数据总线实行控制和仲裁。

(2)远程终端(RT)：它是用户子系统到数据总线上的接口，在BC的控制下传输数据并对BC传送来的命令做出响应，既可以是独立的可更换组件，也可以包含在子系统内部。

(3)总线监视器(MT)：它监视总线上传输的信息或有选择地提取信息，以对总线上的数据源进行记录和分析。除了接收对包含它本身地址的消息外(如果给它分配了一个地址的话)，对其他任何消息均不响应。其得到的信息仅限于脱机应用，或者给备用总线控制器提供信息，以便于总线控制器的替换。在任何时候，一个总线系统中只能有一个总线控制器BC，其他所有设备只能听令于该BC，而且要在规定的时间内对BC的指令做出响应。MIL-STD-1553B总线的结构如图3.16所示。各终端之间的信息传输方式有：BC→RT，RT→BC，RT→RT，广播方式和系统控制方式。图3.16MIL-STD-1553B总线拓扑结构

2.基本特点

(1)采用双冗余方式。为了提高MIL-STD-1553B数据总线的工作可靠性，采用双总线冗余方式，实际使用中，第二条总线处于热备份状态。

(2)分时多路复用传输方式。对多个信号源的信号在时间上错开采样，形成一个组合的脉冲序列，实现系统中任意两个设备间相互交换信息。

(3)多设备。系统由总线控制器BC、远程终端RT和总线监视器MT组成,总线可带31个终端，每个终端可带30个子系统。

(4)总线上的信息具有两种传输方式：一般方式的信息传输仅在两个部件间进行，而广播方式则是一个部件发送信息、多个部件接收信息。

(5)串行、异步、半双工。

(6)高速信息传送，速率为1Mb/s。

3.电气特性总线通信介质包括由两根导线绞合的屏蔽电缆、总线末端匹配电阻、总线耦合变压器以及发送接收器等。

1)双绞屏蔽电缆根据GJB289A-87标准规定，主电缆和短接线电缆均应是带护套的。双绞屏蔽电缆的线间分布电容不应超过100.0pF/m，每米应不少于13绞，电缆的屏蔽覆盖率应不低于75.0%。电缆的特性阻抗在1MHz的正弦波作用下，电缆的标称特性阻抗Z0应为70.085Ω。在1.0MHz频率作用下，电缆的功率损耗不应超过0.05dB/m。主电缆末端应接一个(1±2.0%)Zoa的电阻器(即端接器)。电缆短接线要尽量短，一般变压耦合的短接线长度不应超过6m，而直接耦合时的短接线长度不要超过0.3m。

2)耦合变压器耦合变压器的匝数比应为1∶(1.41±3.0%)，较高匝数边在短接线隔离电阻一侧。耦合变压器的输入阻抗，当在1.0V(有效值)的正弦波作用下，开路阻抗应大于3000.0Ω。在1.0MHz频率时，耦合变压器的共模抑制比应大于45.0dB。耦合变压器有单端、双端、四端等不同的形式。

3)隔离变压器

MIL-STD-1553B标准中规定了设备的接入方式有变压器耦合(外部耦合器)和直接耦合两种方式，隔离变压器为这两种耦合方式提供了总线连接，用55Ω的隔离电阻器作为直接耦合连接，变压器匝数比按总线连接方式的选择而定，变压器耦合和直接耦合的匝数不同，其目的是为了补偿外部耦合中信号电平的归约值为1∶1.41的这种特性。允许两种总线连接方式使用一个发送接收器。由于发送接收器的不同，选择的隔离变压器也不同，但基本的特性要考虑到以下几点：

(1)在高频段，提供特定的输入阻抗(1.0MHz时终端输入阻抗是10kΩ和20kΩ)。

(2)在低频段，保持波形的完整性和较低的倾斜百分比(250kHz的方波不超过20%)。

(3)应使绕线间的电容达到最低限度，以便获得共模抑制。

4)发送接收器发送接收器向终端提供了一个通向数据总线的接口，主要执行如下功能：

(1)耦合总线信号。

(2)输入来自总线的耦合信号。

(3)门阈检测。

(4)发送从编码器到总线的数据。控制器和远程终端利用发送接收器来连接总线，监控器终端只使用接收器部分，而不使用发送器部分，发送接收器对不同的协议芯片可以是单独使用的，也可以是集成在一起的。

MIL-STD-1553B标准中规定了两种耦合方式，一种为直接耦合短接方式，另一种为变压器耦合短接方式。直接耦合方式具有连接简单，成本低的优点。但是由于MIL-STD-1553B数据总线往往在较强的电磁干扰、振动、冲击和高低温等严酷的环境下使用，这就要求数据总线能可靠传输数据信息，以及进行故障隔离。直接耦合不利于终端故障的隔离，因一个终端故障将造成整个总线系统完全瘫痪，应尽量避免在空中使用直接耦合短接线的耦合方式，所以在实际应用中只采用变压器耦合的方式，如图3.17所示。图3.17MIL-STD-1553B总线变压器耦合

BC和RT是通过短接线(Stub)和一个耦合变压器来与总线相连的，变压器耦合的终端输出电压的线间峰-峰值在18～27VDC的范围内。噪声线间有效值应不大于14mVDC