基于51单片机的1553总线在数据交换设备中的应用

洪小骏 施雯 朱剑辉 郑璧青 杨津浦

摘要：在航天电子系统中，MIL-STD-1553总线凭借其稳定的通信质量与较高的可靠性，使其成为航天领域中关键的通信设备，考虑到航天电子系统如果只采用一套1553总线，只能对31个远程终端节点与单独的总线控制端进行控制，这难以滿足航天电子系统的控制需求，因此需要接入更多的1553总线设备。为此，本文便对基于51单片机的1553总线在数据交换设备中的具体应用进行研究，在数据交换系统中利用两套1553总线来接入网络，并通过51单片机来实现并网控制，以此提高数据交换设备的交换能力。

关键词：51单片机；1553总线；数据交换；设备应用

引言

随着我国国力的不断增强，我国大力发展航空航天事业，这也使MIL-STL-1553总线在航空航天领域发展中发挥着日益重要的作用，将1553总线应用于航天电子系统中，可大幅提高航天电子系统的可靠性，确保系统通信质量的稳定，同时也便于系统的后续维护。在航天电子系统中，1553总线在接入设备终端时，设备终端主要包括三种，分别是RT终端、BC终端以及BM终端，其中，1553总线的控制可利用BC终端来实现，其能够对1553总线内的数据流量进行科学调度，单套1553总线能够控制多达31个RT终端与1个BC终端，从而组建出一个具有主从式结构的总线网络。不过，由于航天电子系统的组网要求日益提高，航天电子系统在设备扩展、系统对接等方面急需对1553总线进行级联扩充，以此确保多套1553总线能够在并网后进行高效的数据交换。鉴于此，以下便对基于51单片机的1553总线在数据交换设备中的应用进行探讨。

一、数据交换设备中51单片机与1553总线的应用方案分析

（一）设备结构

在数据交换设备中，其主要包括数据交换软件与数据交换板两个部分，其中，数据交换板中配置有两个1553总线接口，接口采用RT模式，每个接口都能够通过1553总线来接入网络，而BC终端则与数据交换设备中的RT终端进行连接，以此实现数据传输。数据交换设备会根据传输协议，利用软件将数据发送至其他RT终端，由其他RT终端接入网络来读取BC终端，进而使不同网络的数据得到有效交换。

（二）芯片类型

现阶段，数据交换设备主要采用ACE系列的1553总线接口，接口芯片有许多型号，如BU-65170、BU-61585、BU-61580等，其中前者可使RT功能得以实现，而后两者则可实现MT、BC与RT功能。相比于BU-61580来说，BU-61585要具备更大的存储容量，不过其价格却相对较高。考虑到设备的成本及其通用性，在数据交换设备设计中，主要是将BU-61580作为1553总线接口的芯片。

二、基于51单片机的1553总线的数据交换设备研究

（一）硬件设计

在基于51单片机的1553总线的数据交换设备中，其硬件结构便是由两套1553总线接口与51单片机所组成的。其中，51单片机的型号为AT89C51型，该单片机具有12MHz的工作主频，并内置有FLASH，同时还外置了8k Bytes RAM存储器，这使得单片机能够对运行过程中的各种变量利用存储程序来进行存储。在单片机中设置有P0口与P2口，其分别可用来连接数据线与地址线，并通过对外设地址空间进行划分来完成数据交换。在对数据交换设备的总线接口电路进行设计时，主要是通过DMA模式、缓冲模式以及透明模式来进行接口，其电路形式中，以缓冲模式具备最为简单的电路结构，这使其能够在处理器中进行广泛应用。缓冲模式则采用8位接口来连接51单片机与1553总线电路。在总线接口电路中，其主要是对ACE的状态信号进行以下设置：其一，通过DMA模式与缓冲模式来对接地信号进行选择，采用缓冲模式来进行ACE设置；其二，通过8位传送与16位传送模式来对接地信号进行选择，对ACE进行8位传送模式设置；其三，通过最低与最高有效字节来对信号进行选择，使其能够与51单片机中的A0接口进行连接，单片机利用最低位地址线来访问ACE中的高8位与低8位RAM数据；其四，POLARITY_SEL信号接地，根据ACE中的逻辑值，如果其逻辑值为0，则对LSB数据进行传输，如果逻辑值为1，则对MSB数据进行传输。

（二）软件设计

在数据交换设备中，其软件功能主要体现在能够对总线数据进行迁移，并初始化1553总线接口芯片。在对数据交换设备的软件开发中，应以模块化与通用化为设计思路，采用相同的逻辑来处理各个1553总线的接口电路。在各个1553总线的接口芯片内，可按照上半区与下半划来划分内部存储器。在内部存储器的上半区中，可将其称之为发送数据区，该区域能够接收BC终端数据，而在内部存储器的下半区中，可将其称之为接收数据区，该区域可对BC终端数据进行存储。通过对这两个半区进行若干缓存区的划分，可使BC终端的信息及软件存储于首个缓存区中，以此分析是否需要存储或接收新数据，而其他数据则被存储于其他剩余缓存区之中。在数据交换设备中，其软件可对总线接口芯片进行查询，并实现对总线接口芯片的初始化，然后对总线接口芯片进行循环访问。要想确保数据在交换设备中得到可靠交换，在对数据交换设备的软件进行开发时，应对握手信息的有效性及安全性进行分析，考虑到BC终端和软件在对握手信息进行访问时可能会出现同步可能，进而导致读取和写入握手信息时发生错误，因此需要通过以下措施来进行可靠性设计：首先，应通过16位的CRC校验码来对握手信息实施校验，如果校验正确，则使用该握手信息，如果校验错误，则丢弃该握手信息。最后，设置访问握手信息的具体权限，不同信息的写入方只能有一个。

结语

本文通过对基于51单片机的1553总线在数据交换设备开发方案进行分析，从而明确了51单片机和1553总线在数据交换设备中的相关应用。将51单片机和两套1553总线网络设备结合应用于数据交换设备中，能够实现数据在不同1553总线网络中的有效交换，从而提高数据交换设备的交换能力，有效满足了航天电子系统的功能与性能要求，为航天领域的发展提供了一种较为可靠的总线级联扩充设计方案。

参考文献

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第一作者简介：洪小骏（1979.9）男，汉族，江苏如东人，南京航空航天大学本科，上海航天计算机技术研究所，工程师，研究方向：软件。

（作者单位：上海航天计算机技术研究所）