某型雷达导引装置串行数据总线转换过程分析

■ 关震 刘煦/国营长虹机械厂

1 串行数据总线标准简要介绍

根据导引装置对应弹型挂载机火控系统的特点,并对总线数据转换信号处理分机端口信号监测可知,输入至总线数据转换信号处理分机的数据总线是符合ГОCT18977/PTM1495标准的串行数据总线,该标准是俄罗斯航空电气设备通信的总线标准,其数据格式和电气特性类似于西方航空飞行器使用的ANSI-429串行总线,均采用了正负电压的32位双极性归零码。在规定的标准下串行码信号可以在12kbps、48kbps、100kbps、250kbps几种速率下工作。

根据ГОCT18977/PTM1495标准的建议,该类型总线采用了二进制码作为所有系统间、全套设备间通信的统一语言。同时,它规定了通信中可以采用的四种数据的格式：二进制码、二—十六进制码、指令和标志码,以及由字母、符号、数字组成的字节,字与字之间以一定间隔（不少于4位）分开,以此间隔作为字同步。其中,指令和标志码字节结构数据结构如图1所示。

一个32位数据字由四部分组成：

1) 标志位（LABEL）,用于标识传输数据的信息类型,1位～8位是标志位。

图1 指令和标志码字节结构数据结构

2) 数据区（DATA）,09位～28位或29位是数据区,根据字的类型可确定为是09位到29位,代表所确定的特定数据。如标号位是030,则9位到29位为控制指令数据,使用通用BNR编码数据格式,即09位到29位。

3) 符号/状态位（SSM）,用于标识数据字的特征或数据发生器的状态；29位到30位或31位为符号/状态位,根据字的类型号为29位或30位到31位。它指出数据的特性,如南、北、正、负及其状态等。在甚高频内使用30位到31位。

4) 奇偶校验位（PARITY）,用于检查发送的数据是否有效。检查方法是当由1位到31位所出现的高电平的位数（即1的数）的总和为偶数时,则在第32位上为“1”；如果为奇数,则显示为“0”。

ГОCT18977标准还规定了总线电平的标准：高电平（＋10V）为逻辑1,低电平（-10V）为逻辑0,0电平（0V）发送自身时钟脉冲,如表1所示。

表1 ГОCT18977信号的电平标准

2 总线数据转换过程

根据导引装置使用情况,结合总线数据转换信号处理分机电路结构可知,被测试的导引装置在开展地面测试时,通过测试设备外部输入总线数据,控制导引装置工作状态；当装备挂飞时,由飞机通过串行总线设置导引装置的目标方位信息及距离标志,由此可见,串行总线数据应该是选用了指令和标志码字节结构数据。这些串行数据在经电平转换后,由表1中的电平标准转换为符合TTL电气标准的数字信号。在移位脉冲信号的作用下,通过移位寄存器将串行数据按照图1的数据格式获取数据段信息（即第9位至第29位数据）,逐步分立、转换为并行信号,这些并行信号再经过其他信号电路处理后,分别形成指令信号、状态信号、天线控制信号。总线解码电路原理框图如图2所示。

图2 总线解码电路原理框图

图3 信号转换过程原理框图

信号转换过程原理框图如图3所示,该电路由电平转换电路、数据转换1电路、记忆电路1、译码电路、计数电路、模拟开关电路及驱动缓冲等组成。元器件包括14个4位移位寄存器533ИP16、9个可预置计数器533ИЕ7、6个J-K触发器533TB6、6个运算放大器УД601Б、2个模拟开关OCM1127KH3、1个3-8线译码器533ИД7、三极管阵列、门电路及集成电阻等。

转换后的并行数据经处理后,主要用于模拟导引装置与目标的距离标志、模拟飞行状态控制号、模拟飞行斜率信号。

图4 总线数据转换原理框图

2.1 距离标志产生电路

根据总线数据转换原理图（如图4所示）,距离标志产生电路主要由移位寄存器组成。总线数据经过电平转换处理的串行数据通过端口D22C、D22A进入移位寄存器D43,由距离计算板输出的脉冲信号作为同步时钟,经触发器整形后产生移位寄存器D65、D66、D76、D77、D78的移位时钟信号,进行移位控制,并将数据输入下一级移位寄存器电路及3-8线译码器电路。该电路把串行数据转换为并行数据1P、4P、6P、8P、9P、10P、11P,ЦNФ2P、ЦNФ3P、ЦNФ5P、ЦNФ7P、ЦNФ12Р,分别进入距离计算、总线数据转换信号处理分机进行处理、控制。上述信号作为模拟导引装置与目标的距离标志,指令控制信号处理分机根据这些标志信号产生控制指令,同时实现距离测试信号处理分机模拟距离测量的功能。

2.2 控制信号产生电路

根据图4所示,输出分机控制信号电路经过移位寄存器初步转换,通过D64、D74、D75、D76移位寄存器再次转换后形成并行数据,通过J-K触发器整形、控制,由3-8线译码器转换后,根据总线内容控制输出不同的译码信号通过控制门电路,输出Ком.С、Vo、ДПП、ДBП、БК等控制信号,进入指令控制信号处理分机。

2.3 模拟装备飞行斜率

模拟装备飞行的斜率电路由移位寄存器、门电路、J-K触发器、计数器、模拟开关及运放电路组成,主要产生滚动斜率、航向斜率、俯仰斜率模拟电压。

移位寄存器D45、D55、D47、D57、D46、D56在外部同步脉冲信号的作用下,第6、第8控制端预置为高电平,按照移位寄存器预定的逻辑关系,当CP2时钟信号的下降沿到达时,将预置并行4位数据直接输出,其数据输出到可预置的十六进制计数器D48、D49、D50、D67、D68、D69。

表2为移位寄存器533ИP1真值表,器件SE端口为数据方向选择端口,低电平时在CP1时钟的作用下,从DS端口读入串行数据,从Qn端口输出并行数据,数据依次从低位向高位逐一读出,实现串行—并行转换功能。当SE端口输入高电平时,在CP2脉冲下降沿的作用下载入Pn端口预置的并行数据。当SE端口处在电平转换过程中,数据输出端口无变化或不识别SE端口脉冲。

表2 533ИР1移位寄存器真值表

图5 计数器引脚分布图

根据图5所示,用于并行数据计数的十六进制计数器133ИЕ7第14管脚为清零端,高电平有效；计数器第14引脚为低电平,第13引脚为计数器时钟信号输入端,第4引脚置高电平。则计数器根据预置数字进行减法计数。

计数器对输入的脉冲进行计数,如脉冲计数大于12后产生计数溢出信号,该溢出信号进入J-K触发器D7A、D8A、D8B,距离测试输出的f4脉冲信号经计数器D9、D10计数后,产生计数溢出信号,经反向后作为J-K触发器D7A、D8A、D8B的时钟信号。J-K触发器D7A、D8A、D8B的信号经门电路进入模拟开关D31、D32的开关控制端,根据不同的开关控制时序切换滚动斜率、航向斜率、俯仰斜率电压的输出,并由运算放大器缓冲后输出至2505-02信号处理分机。

为梳理距离标志信号输出、天线角度控制、斜率电压输出与总线数据之间的关系,现结合图2的原理框图对总线数据转换过程进行详细说明。

通过图4可以看出,总线串行数据是在移位脉冲的作用下,经过D43和D78的转换后,按照图1所示的总线结构高低位数据顺序,依次输出需要的控制、角度、斜率信息,再经过后续的移位寄存器三次转换后,提取需要的数据：距离标志信号作为第一次数据转换,直接输出结果,共10路信号；天线角度控制信号是在第二次数据转换后经计数、信号控制整理形成模拟开关控制信号,根据控制信号实现角度控制选择输出；天线斜率电压信号是在第三次数据转换后由译码器按总线数据顺序,对同步脉冲进行控制、转换、输出,形成时序信号控制模拟开关,输出天线斜率电压；移位脉冲是距离计算电路板输出的脉冲,同时输入至三次数据转换的移位寄存器,使得数据转换同步输出。

3 结论

从数据总线、功能电路、主要元器件功能、接口关系等多方面入手,根据串行总线数据结构和与总线数据处理相关的部分电路的连接关系,采用电路单元按照功能分块分析的方法,绘制总线数据转换信号处理分机的功能框图,并以此图对串行数据转换方式及输出数据内容进行分析,初步了解串行数据转换过程,并结合其他功能分机端口信号,理顺了总线数据转换分机总线数据输出内容的时序关系,完善了总线数据转换信号处理分机的端口信号内容,为总线数据转换信号处理分机的深入修理打下良好基础,也对分析其他信号处理分机故障诊断起到一定的参考作用。

[1] 刘迎欢.ARRINC429协议和与之对应的俄罗斯标准的比较[J].航空电子技术,2002,33(1):12-15.