RS-422通讯技术在导弹系统的应用

张振 宁鑫

摘 要：本文根据RS-422总线的性能特点，并结合弹载系统的数据通讯应用，介绍了相应硬件接口和软件程序的设计实现方案。方案具有结构成熟可靠，协议简单灵活等特点，具备一定抗干扰能力，能够满足导弹工程研制需要。

关键词：RS-422总线;数据传输;串行通讯

0 引言

随着数字控制技术不断发展，导弹系统各电控单元更加丰富和复杂，不同部件电子控制单元间的通讯成为导弹电气设计的重要环节。以总线为核心的新型控制系统通讯网络能够有效克服模拟信号电缆传输的弊端，提高导弹综合信息处理能力，简化系统结构，提高可靠性[1]。

总线是一组信号线的合集，并定义了各引线的电气特性、机械特性以及信号协议（功能结构）特性，主要功能是完成模块或系统间的连接和通信。其指标主要有工作频率、位宽、数据传输速率、定时协议方式、负载能力等。对通讯总线来说，需要滿足较长距离传输，更多地考虑抗干扰电磁兼容等信号可靠性问题，异步通信是目前最主要的通讯接口，并且大多数采用串行方式[2]。例如RS-232、RS-422/485、1553B、CAN总线等。其中RS-422是一种协议简单、构建方便的总线，可满足导弹系统特定数据通讯的应用需求。

1 RS-422总线

RS-422/485异步串行接口标准由RS-232发展而来，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义，名称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。相比于RS-232，RS-422/485传输速率和传输距离极大提高，并且由于采用平衡驱动和差分信号传输方式，收发双方的信号地不必连在一起，解决了RS-232单端传输的电平偏移问题，共模抑制比高，抗干扰能力强[3]，因此使用该标准的数字通信网络能在点对点以及电子噪声大的环境下有效传输信号。

与RS-422相类似的还有RS-485总线，其标准的主要电气规范基本相同，主要是增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，二者主要区别为：

（1）RS-422规定接收器最小输入阻抗为4kΩ，RS-485要求为12kΩ;

（2）接收器差模输入阈值电压均为±200mV，但RS-485与RS-422相比，其共模输入电压范围更大;

（3）RS-485通过两线制半双工模式可组成多点对多点通信网络，由于任何时候只能有一点处于发送状态，各点收发器须由主设备使能信号加以控制。由于大部分接收器阻抗标准值12kΩ，单级的负载能力最多为32个接收器;如果采用1/8单位负载输入阻抗或更高的接收器，则最多可连接256甚至400个;

（4）RS-422为四线制（R+/R-、D+/D-），收发两个方向数据传输互不影响，因此是全双工模式，实现点对点或点对多点通信，而RS-485可以是四线制全双工或是两线制半双工工作;由于RS-485满足422的所有规范，因此全双工的RS-485驱动/接收器对一定可以用于RS-422网络，目前大多数全双工转换器芯片适应以上两种的技术规范，例如：MAX3490即为“RS-485/422”收发器。

RS-422提供了数据通讯的可靠硬件基础，基于此构建总线网络，并实现应用逻辑层面的通讯格式和算法开发，可有效满足实际系统的应用需求。

2 RS-422在导弹系统应用的硬件方案

2.1 系统结构

弹上系统间通讯系统结构示意图见图1所示。在主机和从机之间通过RS-422总线全双工差分传输，各控制单元的主控芯片为DSP，通过接口电路实现总线差分电平和3.3V逻辑电平间的转换。

2.2 通讯接口电路

RS-422通讯接口电路如图2所示。采用MAX3490接口芯片作为总线收发器，其接收器输出端RO和驱动器输入端DI分别与DSP的SCI模块收发端口直连。

2.3 抗干扰设计

为了提高通讯总线抗电磁干扰的能力，在电气设计时RS-422的通信电缆采用屏蔽双绞线方式，并将屏蔽层两端接地处理。

此外，由于传输线缆与收发器之间阻抗不匹配，信号在传输线末端可能引起反射，叠加在原信号上就会引起数据干扰。消除这种反射的方法就是在电缆接收端跨接终端电阻使阻抗匹配连续。MAXIM公司手册中给出了一条经验原则：当信号的转换时间低于电信号沿线缆单向传输所需时间的3倍以上时就必须采用匹配电阻。由于MAX3490并未对输出信号的斜率进行限制，其转换时间最小值为3ns，通过典型双绞线信号传输速率2×108m/s进行估算，可知线缆长度超过0.2m时就需要接入匹配电阻。

工程应用中，RS-422通过双绞线通讯线缆阻抗一般是100Ω到130Ω之间[4]，因此，在接口电路设计中，采用了120Ω的匹配电阻设计方案减弱信号反射效应，提高弹上系统通讯可靠性。

3 RS-422通讯协议和软件程序设计

RS-422总线标准规定了通讯接口电压范围、输入阻抗等电气特性，在各弹载系统间搭建了全双工高速数据传输通道。在此基础上，根据导弹系统具体使用需求，可约定通讯协议，并设计相应通讯程序

软件。

3.1 通讯协议

实现全双工异步通讯前，除应保证收发各端采用统一的波特率时钟设计以保证通讯可靠稳定外，还应约定数据包格式、字格式、校验方式等。

数据包采用固定长度，即每个数据包内所含的字数一定，第一个字为数据包头字，中间字为数据字，最后一个字为检验和字。

每个字格式包含起始位、若干个数据位、校验位以及停止位。通讯时先发送低位数据，再发送高位数据。

通讯中的数据检错是导弹系统应用中要考虑的重要环节。依据数据格式，数据字采取奇偶校验算法，而数据包检验和字算法是采用所有数据字进行异或运算，通过协议约定的检错方法，保证了数据传输的正确性。

3.2 软件程序设计

根据通讯协议，控制单元间以约定的数据包格式进行数据的传输。主机按照固定周期将指令数据内容打包进行发送，从机接收到数据后进行验和操作，校验正确后进行数据解码和相应任务操作，并在约定时间内给主机发送各类响应数据;主机接收到数据后，同样进行数据校验，通过后执行后续

操作。

通讯数据的接收采用SCI模块的FIFO模式，通过检测标志位RXFFST的状态判断是否进入接收程序，接收数据流程图（如图3）所示。

4 结论

应用RS-422通讯技术，可优化导弹数据传输方案。所设计方案结构成熟可靠，协议简单灵活，满足工程研制的应用需求。

参考文献：

[1]胥辉旗，王义冬，田燕妮.高速光纤总线技术在导弹上的应用研究[J].电光与控制，2012，19（2）：9-12.

[2]李正军.现场总线与工业以太网及其应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3]刘承，刘向东，李黎.RS-422串口通信在DSP中的设计与应用[J].工业控制计算机，2006，19（3）：33-34.

[4]刘喜增，金湘亮.RS485总线信号反射分析及传感器采集系统设计[J].仪表技术与传感器，2017（5）：53-56.