基于51單片機的1553總線在數據交換設備中的應用

洪小駿 施雯 朱劍輝 鄭璧青 楊津浦

摘要：在航天電子系統中，MIL-STD-1553總線憑借其穩定的通信質量與較高的可靠性，使其成為航天領域中關鍵的通信設備，考慮到航天電子系統如果只采用一套1553總線，只能對31個遠程終端節點與單獨的總線控制端進行控制，這難以滿足航天電子系統的控制需求，因此需要接入更多的1553總線設備。為此，本文便對基于51單片機的1553總線在數據交換設備中的具體應用進行研究，在數據交換系統中利用兩套1553總線來接入網絡，并通過51單片機來實現并網控制，以此提高數據交換設備的交換能力。

關鍵詞：51單片機；1553總線；數據交換；設備應用

引言

隨著我國國力的不斷增強，我國大力發展航空航天事業，這也使MIL-STL-1553總線在航空航天領域發展中發揮著日益重要的作用，將1553總線應用于航天電子系統中，可大幅提高航天電子系統的可靠性，確保系統通信質量的穩定，同時也便于系統的后續維護。在航天電子系統中，1553總線在接入設備終端時，設備終端主要包括三種，分別是RT終端、BC終端以及BM終端，其中，1553總線的控制可利用BC終端來實現，其能夠對1553總線內的數據流量進行科學調度，單套1553總線能夠控制多達31個RT終端與1個BC終端，從而組建出一個具有主從式結構的總線網絡。不過，由于航天電子系統的組網要求日益提高，航天電子系統在設備擴展、系統對接等方面急需對1553總線進行級聯擴充，以此確保多套1553總線能夠在并網后進行高效的數據交換。鑒于此，以下便對基于51單片機的1553總線在數據交換設備中的應用進行探討。

一、數據交換設備中51單片機與1553總線的應用方案分析

（一）設備結構

在數據交換設備中，其主要包括數據交換軟件與數據交換板兩個部分，其中，數據交換板中配置有兩個1553總線接口，接口采用RT模式，每個接口都能夠通過1553總線來接入網絡，而BC終端則與數據交換設備中的RT終端進行連接，以此實現數據傳輸。數據交換設備會根據傳輸協議，利用軟件將數據發送至其他RT終端，由其他RT終端接入網絡來讀取BC終端，進而使不同網絡的數據得到有效交換。

（二）芯片類型

現階段，數據交換設備主要采用ACE系列的1553總線接口，接口芯片有許多型號，如BU-65170、BU-61585、BU-61580等，其中前者可使RT功能得以實現，而后兩者則可實現MT、BC與RT功能。相比于BU-61580來說，BU-61585要具備更大的存儲容量，不過其價格卻相對較高。考慮到設備的成本及其通用性，在數據交換設備設計中，主要是將BU-61580作為1553總線接口的芯片。

二、基于51單片機的1553總線的數據交換設備研究

（一）硬件設計

在基于51單片機的1553總線的數據交換設備中，其硬件結構便是由兩套1553總線接口與51單片機所組成的。其中，51單片機的型號為AT89C51型，該單片機具有12MHz的工作主頻，并內置有FLASH，同時還外置了8k Bytes RAM存儲器，這使得單片機能夠對運行過程中的各種變量利用存儲程序來進行存儲。在單片機中設置有P0口與P2口，其分別可用來連接數據線與地址線，并通過對外設地址空間進行劃分來完成數據交換。在對數據交換設備的總線接口電路進行設計時，主要是通過DMA模式、緩沖模式以及透明模式來進行接口，其電路形式中，以緩沖模式具備最為簡單的電路結構，這使其能夠在處理器中進行廣泛應用。緩沖模式則采用8位接口來連接51單片機與1553總線電路。在總線接口電路中，其主要是對ACE的狀態信號進行以下設置：其一，通過DMA模式與緩沖模式來對接地信號進行選擇，采用緩沖模式來進行ACE設置；其二，通過8位傳送與16位傳送模式來對接地信號進行選擇，對ACE進行8位傳送模式設置；其三，通過最低與最高有效字節來對信號進行選擇，使其能夠與51單片機中的A0接口進行連接，單片機利用最低位地址線來訪問ACE中的高8位與低8位RAM數據；其四，POLARITY_SEL信號接地，根據ACE中的邏輯值，如果其邏輯值為0，則對LSB數據進行傳輸，如果邏輯值為1，則對MSB數據進行傳輸。

（二）軟件設計

在數據交換設備中，其軟件功能主要體現在能夠對總線數據進行遷移，并初始化1553總線接口芯片。在對數據交換設備的軟件開發中，應以模塊化與通用化為設計思路，采用相同的邏輯來處理各個1553總線的接口電路。在各個1553總線的接口芯片內，可按照上半區與下半劃來劃分內部存儲器。在內部存儲器的上半區中，可將其稱之為發送數據區，該區域能夠接收BC終端數據，而在內部存儲器的下半區中，可將其稱之為接收數據區，該區域可對BC終端數據進行存儲。通過對這兩個半區進行若干緩存區的劃分，可使BC終端的信息及軟件存儲于首個緩存區中，以此分析是否需要存儲或接收新數據，而其他數據則被存儲于其他剩余緩存區之中。在數據交換設備中，其軟件可對總線接口芯片進行查詢，并實現對總線接口芯片的初始化，然后對總線接口芯片進行循環訪問。要想確保數據在交換設備中得到可靠交換，在對數據交換設備的軟件進行開發時，應對握手信息的有效性及安全性進行分析，考慮到BC終端和軟件在對握手信息進行訪問時可能會出現同步可能，進而導致讀取和寫入握手信息時發生錯誤，因此需要通過以下措施來進行可靠性設計：首先，應通過16位的CRC校驗碼來對握手信息實施校驗，如果校驗正確，則使用該握手信息，如果校驗錯誤，則丟棄該握手信息。最后，設置訪問握手信息的具體權限，不同信息的寫入方只能有一個。

結語

本文通過對基于51單片機的1553總線在數據交換設備開發方案進行分析，從而明確了51單片機和1553總線在數據交換設備中的相關應用。將51單片機和兩套1553總線網絡設備結合應用于數據交換設備中，能夠實現數據在不同1553總線網絡中的有效交換，從而提高數據交換設備的交換能力，有效滿足了航天電子系統的功能與性能要求，為航天領域的發展提供了一種較為可靠的總線級聯擴充設計方案。

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第一作者簡介：洪小駿（1979.9）男，漢族，江蘇如東人，南京航空航天大學本科，上海航天計算機技術研究所，工程師，研究方向：軟件。

（作者單位：上海航天計算機技術研究所）