航空电子监测系统测试范文

《安徽电子信息职业技术学院学报》2016年第3期

摘要:

介绍了一款针对航空器上电子设备进行监测的系统的设计与测试方法。该系统可以完成数据的采集与传输、错误曼彻斯特码生成、消息监听等功能，其采用可编程逻辑器件（FPGA），在详细分析1553B总线协议的前提下，采用硬件编程语言VHDL，完成功能逻辑部分设计。最后通过现有的1553B总线通信网，搭建硬件测试平台，完成总体的设计实现与功能测试。

关键词：

1553B总线；信息监听；可编程逻辑器件；系统测试

一、引言

随着航空业的飞速发展，飞行器上出现了越来越多的功能各异的电子终端设备，这些终端设备绝大部分是由不同的设计者设计生产出来的，那么由不同设计者设计生产的终端是否可以在同一个航空总线系统中实现完美融合呢？拥有众多终端的总线系统上所传输的消息是否可以完整记录？当总线系统中出现错误的编码类型时，对终端是影响如何？这是飞行器设计制造者需要妥善解决的问题，并且也是众终端设计生产者迫切想要知道的问题[1]。本系统可以完成数据采集与传输，通过测试后，就解决了终端与总线的融合问题；此外，系统还可以生成若干错误类型的曼彻斯特编码，可以对总线上终端面对错误编码的反应进行测试；最后系统与计算机相结合可以完成总线网络的全信息监听，为飞行器设计与制造提供有效数据。

二、总体设计

根据对系统的功能设想，系统的组成大致分为如下几部分，如图1所示：时钟管理部分为中心逻辑器件提供时钟信号；配置口主要实现对中心逻辑器件的配置；USB接口主要实现系统与计算机的连接；RT地址和功能选择部分主要作用是选择系统的功能和设置系统的终端号；A/D采集部分完成数据的采集，将模拟信号转为数字信号；电源管理为系统各部分提供合适的电源；收发器和变压器连通总线和中心逻辑器件；最后中心逻辑器件选择FPGA。系统的数据流向主要有三条：其一，总线上数据经变压器和收发器进入中心逻辑器件，经处理后通过USB接口传至计算机，实现对总线的消息监听；其二，模拟信号经A/D处理后存入中心逻辑器件，收到发送命令后，经收发器和变压器发送至总线上；其三，收到发送错误码命令后，中心器件直接发出错误码，经收发和变压器发送至总线，用以测试总线网络中其余终端的反应[2]。

三、中心逻辑器件功能模块设计

本设计选择FPGA做为中心逻辑器件，中心逻辑器件功能模块的设计及完成是系统实现的重点和难点，也是我们系统设计及实现最耗费时间的部分。FPGA中功能模块大致有如下几个：编码器，主要是实现数据的曼彻斯特码化，然后发至收发器；译码器，主要是实现从总线上得到的数据进行译码，分析出有效数据或命令；数据整合和缓存，主要是完成对数据的加标处理及缓存转入计算机；协议处理模块，主要是完成对命令字的解读；数据采集模块是可调整部分，可根据用户要求灵活设计；错误数据发生模块，主要是生成不同类型的错误编码。具体划分如图2所示[2]。

四、仿真测试

系统的仿真测试平台主要由北京神州飞航科技有限责任公司生产并销售的AEC1553-31RT/S2型通信板卡和总线耦合器、耦合电阻搭建而成，通信板卡和总线耦合器、耦合电阻、计算机形成了一个小型的航空总线网络，我们可以利用这个网络，测试系统的总线监听功能，测试现场图如图3所示；另外中心逻辑器件FPGA中的各功能模块的测试主要利用QuartusII软件内嵌的在线信号分析工具SignalTapII，该模块可以让使用者实时、在线观测到相关模块的工作运行情况，例如图4所示；缓存模块FIFO的主要信号测试数据表明：触发信号为rdreq,检测时钟为读时钟，wrusedw有效说明存储容量半满，其值为80H时，给出读时钟和读使能，在以后每一个时钟读出16位并行数据。最后，对于系统的错误码发生功能，可以通过示波器直接观察，确认其错误类型。根据以上测试方法，测试后系统达到设计要求。

五、结论

该系统设计功能多样，随着航空业的发展，其应用面也会越发广泛，并且系统中有一部分可以根据用户要求进行灵活设计，适应度高。但是本设计仍然存在一定的不足：其一，功能选择，终端地址配置靠硬件实现，更改不灵活，该部分在未来可以结合配套软件做出设计修整；其二，数据采集设计，因为没有参考具体的用户要求，暂时应用逻辑器件片内存储，导致容量小，可以结合具体要求增添片外存储器，扩大容量；第三，错误编码以字为主，未能拓展至消息类型，尚有较大发展空间。随着更大的需求和更广的应用，系统的设计将会越来越完善，功能也将越来越强大。

参考文献：

[1]张义，张红旗．1553B数据总线用电缆阻抗的测试方法[J].光纤与电缆及其应用技术，2014，（3）.

[2]牛茜．基于FPGA的1553B总线监测系统设计[D]．太原：中北大学，2011．

[3]王诚，吴继华，等．AlteraFPGA/CPLD设计（基础篇）[M]．北京:人民邮电出版社，2005．

[4]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程[第二版][M].北京:北京航空航天大学出版社，2008.

[5]陕西恒立电子有限责任公司.美国军用1553B协议中文翻译资料.2000.[6]

作者:牛茜 单位:山西机电职业技术学院