1、NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 授课 提纲 ARINC-429总线接口设计 4 ARINC-429总线概述 1 ARINC-429总线标准及协议 2 ARINC-429总线协议芯片 3 ARINC-429总线 典型应用 5 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 概述 1.概述 A R I N C 429规范由美国航空电子工程委员会 (Airline Electronic Engineering Commission ， A E E C ) 制定 ， 美国航空无线电公司(Aeronautical Radio Inc
2、.， ARINC)出版的一种民用飞机机载总线规范 。 ARINC429规范全称为 “ 数字信息传输系统 ” （ Digital Information Transfer System ,DITS） ， 于 1977年首次出版 ， 是当前实用最为广泛的ARINC 标准 。 ARINC429是规范 ， 而不是总线 。 该标准数据资源丰富 ， 而且数据精度高 ， 在当代航空及其他设备中得到广泛应用 。 ARINC429规范 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 概述 1.概述 ARINC429总线是一种串行标准 ， 为面向接口型的单向广播式传输总线 。 该总线上
3、只允许有一个发送器 ， 但可以有多个接收器 （ 最多为 20个 ） 。 在一条总线上定义有一个发送器和一个或多个接收器 ， 以差动输出的对称 (平衡 )方式工作 。 采用双绞屏蔽线异步传输数据 。 总线用标志码字来区分设备和信号名称 。 ARINC429标准 使设备互换性的物理和电气特性达到最大程度的标准化 ，提高了地面 和机载设备的兼容性 。 ARINC429规范 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 概述 2.数据 ARINC-429通信采用带有奇偶校验的 32位信息字 ， 采用双极性归零码的三态调制编码方式 ， 调制信号由 “ 高 ” 、 “ 零 ”
4、 、 “ 低 ” 三种电平状态 。 接收器输入端 （ 考虑到干扰情况下 ） 高电平为 +6.5V+13V 零电平为 - 2.5V + 2.5V 低电平为 -6.5V-13V 一般情况下 ， 数据传输中 ， 发送端以足够高的速率传输数据 ， 按开环方式控制传输 ， 不需要接收器通知发送器已接收到信息 。 采用双绞电缆线进行数据的传输 , 要求电缆线的两端和所有断开点都应该屏蔽接地 ， 以提高传输过程中的抗干扰能力 。 ARINC429规范 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 概述 3.应用 以 ARINC-429总线构成的数传系统可以说是一个单信息源 、
5、多接收器的数据传输系统 。 为了实现设备之间的双向通讯 ， 必须建立一个双向的数据传输链路 。 对于 一个 ARINC-429数据传输系统来说 ， 如果要增加一个设备 ， 或者由于改进而增加设备 ， 那么对于每一个与它有信息铰链的设备来说 ， 它们之间都应增加适当的数据链路 ， 这样 ， 随着设备的增加 ， 所需要的 ARINC-429链路的数量也就越来越大 ， 这样就无形中增加了飞机的体积和重量 ， 同时也降低了整个系统的可靠性和稳定性 。 ARINC429规范 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 概述 3.应用 ARINC-429数据传输系统增加设备
6、连接的示意图如图： ARINC429规范 设 备 1 设 备 2设 备 3 设 备 4增 加 的 设 备NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 概述 3.应用 ARINC429总线结构简单 、 性能稳定 、 传输可靠 ， 抗干扰能力强 ， 广泛被先进民航飞机 。 波音 B737/B757/B767/B777、 空中客车 A300-600等所采用 。 俄制军用飞机也选用了类似的技术 。 这种总线在民用飞机上大多采用低速 (12.5kbit)接收和发送 ， 军用飞机则普遍采用高速 (100kbit)接收和发送 。 ARINC429规范 NORTHWESTERN
7、POLYTECHNICAL UNIVERSITY 授课 提纲 ARINC-429总线接口设计 4 ARINC-429总线概述 1 ARINC-429总线标准及协议 2 ARINC-429总线协议芯片 3 ARINC-429总线 典型应用 5 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 1.总线规范及编码标准 ARINC429速率为 12. 5 kbps 或 100 kbps， 通常以脉冲形式发送 , 并采用双极归零方式调制 。 规范及编码 高 电 平低 电 平零 电 平10211413位 号双 极 性 归 零 码数 据NORTHWESTERN P
8、OLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 1.总线规范及编码标准 对于每一个字的同步 ， 可通过检测每个字第一位的跃变来实现 。 在连续传输的字与字之间至少有 4个位的时间间隔 。 ARINC429 数据信号是一对差分信号格式 , 由专用驱动芯片驱动到总线 ， 数据发送时经过差分驱动 。 驱动前级为两个标准的 TTL电平 , 驱动后级则为一对正负 5 V 电平 前级 ， 而差分运算结果是参考电压的 2倍 。 规范及编码 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 基本信息单元 ARINC429是简单点对点串行传输协议
9、， 基本数据单元是 32位数据字 。 数据字主要包括五部分 : 奇偶校验位 (P) 、 符号 /状态位 (SSM)、 数据位 ( DATA) 、 源 / 目的标识 ( SDI) 和标号 ( LABEL) 。 两个数据字之间至少有 4位的间隔 , 用来实现字同步 。 数据以 32-Bit（ 25-Bit） 字 (Word)格式传送 。 每个字包含 1- Bit校验位 , 8 - Bit标号 。 标号 (Label)定义了飞行数据的功能 , 即保持被传输数据的所属类型 , 例如经度数据 、 纬度数据等 。 其余的数据位或以数字 (二进制或 BCD编码 ), 或以字母编码 , 根据 Label而区分
10、成不同的域 。 信息单元 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 基本信息单元 信息单元 数据位 1-8 9-10 11 12-27 28 29,30,31 32 功能 Label SDI or Data LSB Data MSB SSM Parity Status 备注 标号域 数据源或数据的一部分 数据最低 有效位 数据 数据最高 有效位 符号 /状态 矩阵 奇偶 校验位 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 基本信息单元 LABEL是信息标识符 ， 其用途一是识别数据字内
11、包含的信息 ， 二是识别做离散 、 维护和数据用的字 。 标号用八进制 表示 （ 0-377） 。 第 9和第 10用作数据的源 、 目标标识 (SDI)功能 。 它用于当需要将特定字发送给多系统设备的某一特定接收系统时 ， 或者多系统设备的源系统需要根据字的内容被接受器识别时 ， 可用源 、 目标标识符功能 。 在两种情况下位号第 9和第 10不表示源 、 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的需要 ， 把位号第 9和第 10用作有效数据的数据字 。 SSM是符号 /状态矩阵 ， 表示数字数据字的符号或者数据的状态 ， 对于不同字的 SSM
12、有不同的定义 。 信息单元 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 基本信息单元 信息单元 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 3. 有关说明 标号位发送数据顺序与正常顺序相反 , 先发送高字位再发送低字位 。 数据传输顺序是先发第 1位 ， 然后依次发送至 32位 。 先传标号 ， 后传数据 。 传输标号时 ， 应先传高有效位 ， 后传低有效位 。 传数据时 ， 应先传低有效位 ， 后传高有效位 。 即字的最低有效位就是标号的最高有效位 。 对于每一个字的同步 ， 可通过检测每一
13、个字第一位的跃变来实现 ， 在连续传输的字与字之间 ， 至少有 4个位的时间间隔 ， 紧跟其后要发送的第一位即为新字的起点 。 数据位 (DATA)第 11 29位 ， 可以单独使用 ， 即用第 11 29位来表示物理量的大小 。 如果物理量为无符号数 ， 直接用第 11 29位来表示；如果物理量为有符号数 ， 第 29位表示符号 ， 第 11 28位表示数据 大小 信息单元 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 1. 信号电平 ARINC429信号采用双极性归零制的三态码调制方式 ， 即调制信号由“ HI” 、 “ NULL” 、 “ L
14、O” 状态组成的三电平状态调制 。 电气标准 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 1. 信号电平 ARINC429单个发送器通过一对双绞屏蔽线可连接多达 20个数据接收器 , 而且每个接收器采用隔离措施 ， 防止本接收器发生故障时 ， 影响连在传输总线上的其它接收器正常接收数据 。 系统 之间的交联采用双绞屏蔽线 ， 双绞线电缆屏蔽层的两端 ， 以及沿着该电缆上的任何断开处都应该接地 ， 同时屏蔽层到地之间的连接线应尽可能的短 。 ARINC429正常传输电压为 +5-5V, 有 A、 B 端之分 , ARINC429信号的电平标准如下表
15、所示 （ 表中所列为线 A到线 B的电位差 ） ， 由于考虑到额定电压将受到噪音和脉冲畸变的干扰 ， 接收器应能识别比发送端所发送信号范围更宽的电平 。 电气标准 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 信号电平 电气标准 状态 发送端 接收端 HI +10 1.0V +6.5V+13V NULL 0 0.5V +2.5V-2.5V LO -10 1.0V -6.5V-13V NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 信号电平 空载时 ， 发送器输出端的差分输出电压见下表 ： 电气
16、标准 名称 高电平 /v 零电平 /v 低电平 /v 线 A到线 B 10 1.0 0 0.5 10 1.0 线 A到地 5 0.5 0 0.25 5 0.5 线 B到地 5 0.5 0 0.25 5 0.5 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 信号电平 接收器 接收到的差分电压取决于导线长度 、 负载大小 、 等 因素 。 线 A或线 B到地之间的电压值未作规定 。 接收器两端之间要求能承受稳态 30V交流电压 （ 有效值 ） ， 或者在接收器 A端或 B端到地之间能够承受 30V的直流电压而不会损坏 。 接收器端 （ A和 B之
17、间 ） 的标称电压如表： 电气标准 名称 高电平 /v 零电平 /v 低电平 /v 信号线上无噪声 +7.25+11 +0.5 0.5 7.25 11 实际装置中有噪声影响 +6.5+13 +2.5 2.5 6. 5 13 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 3. 阻抗 发送器输出阻抗 发送器 输出阻抗是 7080。 发送器 输出阻抗在线 A和线 B之间均分 ， 使输出阻抗平衡 。 接收器输入阻抗 接收器 的典型输入特性如下：差分输入阻抗值 RI=12000（ 最小值 ） 。 差分 输入电容值 =50pF（ 最大值 ） 。 到 地的电 阻
18、值 12000。 到 地的电容 值 50pF。 接收器 的总输入阻抗 值应 不小于 8000。 对 任何发送器 ， 规定接入的接收器数量最多为 20个 。 电气标准 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 3. 阻抗 电缆阻抗 连接 电缆导线的线规为 1026号 ， 具体选择取决于所需电缆的强度要求和重量限制 。 电缆 典型的特性阻抗值在 6080之间 。 发送器的输出阻抗选定 75为标称值 ， 以便与该范围内的电缆阻抗相匹配 。 电气标准 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 1.定时标
19、准 同步是 ARINC429数字信息传输系统所固有的特性 。 字同步是以传输周期间至少四位的时间间隔为基准的 ， 紧跟该字间隔后要发送的第一位的起点即为新字的起点 。 位间隔是根据双极性归零代码从原先的 “ 零 ” 状态变至 “ 高 ” 电平或 “ 低” 电平来实现的 。 时间特性 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2.位速率 串行信号的位速率有两种工作状态： 高速工作状态位速率应为 100.0Kbps 1%。 低速工作状态的位速率应在 12.014.5Kbps范围内 ， 选定后的位速率其误差范围应在 1%之内 。 俄罗斯 标准增加了
20、48Kbps 、 50Kbps等速率 。 不同种工作状态 （ 位速率 ） 的信息不能在同一条传输线上传输 。 时间特性 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 3.信息速率 每一个信息的最小和最大发送时间间隔由 ARINC429规范规定 。 相同标号和不同 SDI代码的各个字作为唯一信息项来处理 。 每项以及所有独特的信息项在限定的间隔时间长度内发送一次 ， 这个限定的时间范围取决于 ARINC429规定的最小值和最大值 。 数据字中的离散位按照位速率传送 ， 并以主数据的刷新率重复 。 时间特性 NORTHWESTERN POLYTECHN
21、ICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 4.信息流方向 一个系统单元的信息输出是从指定端口发送到需要该信息的其他系统各接收端口的连接处 。 任何情况下 ， 信息流不能流入指定为发送的端口 。 当需要在两个系统单元之间进行数据的双向流动时 ， 需要为每个方向使用分开的数据总线 ， 即双绞屏蔽线 。 信息流 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 1. 容差 飞机发动机上的发电机为飞机提供电力 。 但实际上电源在任何时候不可能是稳定不变的 。 系统故障会导致电源不稳定 ， 但一般不会影响 ARINC429的正常工作 。 外部电压故障引起一
22、个发送器故障时 ， 一般不会影响其他发送器电路工作。 发送器应能持久经受住一个跨接的短路电路而不会造成持续的损坏 。 短路电路包括： A、 B端之间短路； A端与地之间短路； B端与地之间短路； A、 B端同时与地短路。 容差及故障 NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY 总线标准及协议 2. 故障 处理 每个发送器具有隔离措施 。 在任何故障的情况下 : 确保 AB之间的输出电压不超过 30V交流电压有效值 ， A到地之间输出的直流电压不超过 29V， B到地之间输出的直流电压不超过 29V。 每个接收器具有隔离措施 ， 以确保出现内部外场可更换单元故障或者总线接收器故障时 ， 不会使输入总线上的电压超过其规定的工作范围 。 容差及故障
