王國梁 于洪軒 徐慧章 羅思宇

（中國民航大學(xué)電子信息與自動化學(xué)院，天津300300）

DITS(Digital Information Transfer System)總線，又名數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)，其中DITS 總線是專為航空電子系統(tǒng)通信制定的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是目前航空電子設(shè)備最常用的數(shù)字接口之一。在飛機的飛行過程中，許多飛行信息（如飛行高度、速度、航向等）都是通過DITS 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在本科飛機電子系統(tǒng)實踐課程中的飛機導(dǎo)航實習(xí)環(huán)節(jié)中，需要使用示波器對VOR/ILS教學(xué)測試系統(tǒng)輸出的DITS 數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，然后手動計算得到傳輸數(shù)據(jù)，觀察和計算的過程繁瑣且耗費時間。而目前市場上成熟的總線分析儀成本太高，難以滿足我校學(xué)生實踐課程需求。因此設(shè)計并開發(fā)了以ARM 處理器為控制核心的DITS 總線分析儀，能夠?qū)OR/ILS 教學(xué)測試系統(tǒng)輸出的信號進(jìn)行解碼顯示，并且可以根據(jù)需求進(jìn)行拓展，實現(xiàn)其它通用解碼器的功能。

1 DITS 總線

DITS 總線又名ARINC429 總線，其數(shù)據(jù)傳輸方式為串行單向傳輸數(shù)據(jù)數(shù)字信息。在DITS 總線上傳輸?shù)臄?shù)字信息稱為數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)字規(guī)定有兩種編碼方式為二-十進(jìn)制編碼（BCD）或二進(jìn)制編碼（BNR）。

每一個數(shù)據(jù)字有32 位，每一位在示波器上顯示的波形為一個雙極回零脈沖，一個數(shù)據(jù)字傳輸和一個飛行參數(shù)。數(shù)據(jù)字的格式如表1、表2 所示。

從表1 和表2 可以看出數(shù)據(jù)字的格式包含有5 個部分，1-8 位為標(biāo)志碼（label），每一個傳輸?shù)膮?shù)都有對應(yīng)的標(biāo)志碼，標(biāo)識碼有8 位并且分成三段，范圍是0-377，如034 為預(yù)選航道。9-10 位為源／目的地識別碼（SDI），它可以指示信息的來源或信息傳送的終端，若格式為00 代表全部呼叫碼，則將字送到所有裝置，01、10、11 分別為信息來自或信息傳送到裝置1、裝置2、裝置3。

11-29 位(BCD 編碼) 或11-28 位(BNR 編碼) 為數(shù)據(jù)區(qū)（DATA），在BCD 碼格式下，數(shù)據(jù)區(qū)分為五段，將每一段進(jìn)行二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換就可以得到數(shù)據(jù)，再根據(jù)各個參數(shù)要求的分辨率決定數(shù)據(jù)小數(shù)點的位置，在BNR 碼格式下，數(shù)據(jù)區(qū)由最高位向最低位依次遞減一半，根據(jù)所傳參數(shù)應(yīng)有的最大值來得到數(shù)據(jù)，如所傳參數(shù)為馬赫數(shù)，數(shù)據(jù)區(qū)28-11 位顯示為001101000000100000，最大馬赫數(shù)為4.096，則所傳數(shù)據(jù)信息為馬赫數(shù)=4.096（1/8+1/16+1/64+1/8192）＝0.8325。30-31 位（BCD編碼）或29-31 位（BNR 編碼）為符號狀態(tài)碼（SSM），29 位（BNR編碼）代表數(shù)據(jù)字的性質(zhì)，如方向、正負(fù)，30-31 位代表數(shù)據(jù)發(fā)送器硬件的狀態(tài)，當(dāng)為11 時代表硬件正常工作。32 位為奇偶校驗位（PAR）,用來檢查發(fā)送數(shù)據(jù)是否有效，當(dāng)1-31 位1 的個數(shù)為偶數(shù)時，則其為1，反之為0。

2 系統(tǒng)設(shè)計

DITS 總線分析儀所接收到的DITS 信號來自VOR/ILS 教學(xué)測試系統(tǒng)，但是ARM 處理器并不能直接處理接收到的信號，必須對信號進(jìn)行解碼、轉(zhuǎn)換之后才能夠?qū)⑿盘杺魉偷紸RM 處理器。然后，ARM 處理器根據(jù)429 協(xié)議得到工程值，再根據(jù)我們的實際需求將得到的32 位二進(jìn)制信號和工程值顯示到TFT 觸摸屏上。所以基于ARM 的DITS 總線分析儀的開發(fā)由接收解碼電路、ARM 處理器、TFT 觸摸屏和電源電路組成。系統(tǒng)硬件框圖由圖1 所示：

表1 數(shù)據(jù)字BCD 格式

表2 數(shù)據(jù)字BNR 格式

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

接收解碼電路包含有信號接收端口和DEI1016 芯片，信號接收端口接收VOR/ILS 教學(xué)測試系統(tǒng)發(fā)送的DITS 信號，將其輸入到DEI1016 芯片，DEI1016 芯片為ARINC429 協(xié)議芯片，可以進(jìn)行DITS 信號的接收發(fā)送。芯片接收到信號之后可以將其轉(zhuǎn)換為32 位的二進(jìn)制信號并且通過芯片上引腳的高低電平來表示二進(jìn)制信號里的1 和0。這些引腳與ARM 處理器上的引腳連接可以將轉(zhuǎn)換好的二進(jìn)制信號傳送給ARM 處理器進(jìn)行處理。

ARM 處理器是系統(tǒng)的控制核心，其可以進(jìn)行編程來實現(xiàn)對接收信號的處理。當(dāng)其接收到來自接收解碼電路的二進(jìn)制信號之后，通過與運算將二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)換為工程值。并且將二進(jìn)制信號和工程值轉(zhuǎn)換為TFT 觸摸屏信號，使TFT 觸摸屏顯示接收到的數(shù)據(jù)。

TFT 屏幕主要用來顯示DITS 總線分析儀處理接收到的DITS 信號的結(jié)果，從而供人對數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析。

電源模塊用以實現(xiàn)系統(tǒng)各模塊的供電，將鋰電池的電壓轉(zhuǎn)換成各個模塊所能夠正常工作的電壓，配和各個模塊實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)完成后，為驗證系統(tǒng)的有效性和信號的準(zhǔn)確性，對DITS 總線分析儀采用如下測試方案：

測試環(huán)境采用實驗室現(xiàn)有的甚高頻導(dǎo)航組件教學(xué)測試系統(tǒng)輸出的DITS 數(shù)據(jù)，首先使用示波器對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察并進(jìn)行人工譯碼，然后使用DITS 總線分析儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動譯碼，對譯碼結(jié)果進(jìn)行比對以確認(rèn)譯碼的正確性。篇幅限制，測試選取了VOR 測試涉及到的label 進(jìn)行。

3.1 測試步驟1

選取標(biāo)志碼（label）為222 的DITS 數(shù)據(jù)，分別調(diào)整源／目的地識別碼（SDI）的輸出，檢查輸出波形和DITS 總線分析儀的輸出結(jié)果是否一致。標(biāo)志碼（label）222 代表的飛行參數(shù)為VOR角度,數(shù)據(jù)區(qū)（data）采用BNR 格式。

SDI:00

圖2 SDI 為00 示波器波形與測試結(jié)果

SDI:01

圖3 SDI 為01 示波器波形與測試結(jié)果

SDI:10

圖4 SDI 為10 示波器波形與測試結(jié)果

SDI:11

圖5 SDI 為11 示波器波形與測試結(jié)果

以上四個波形的前八位是均是10010010，按照10 010 010的規(guī)律，得到label 為222；SDI 即第9 位和第10 位，從波形數(shù)據(jù)中可以得出，SDI 的值分別是00、01、10、11，DITS 總線分析儀的輸出結(jié)果和預(yù)設(shè)值一致。

3.2 測試步驟2

對輸出標(biāo)志碼（label）為024、027、034、100、110 的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，檢查DITS 總線分析儀的輸出結(jié)果是否正確。024、027、034為BCD 格式，其中024、027 表示預(yù)選航道，034 表示VOR 頻率；100、110 為BNR 格式，100、110 表示預(yù)選航道。

034

圖6 label 為034 示波器波形與測試結(jié)果

前八位是00011100，按照00 011 100 的規(guī)律，得到label 是034；BIN：0001000000000000000 即29 位到11 位的數(shù)據(jù)區(qū)，label為034 的頻率的分辨率為0.001MHZ，因此按照000 1000 0000 0000 0000 的 規(guī) 律 ， 可 以 得 出 頻 率 為100+8+0.0+0.00+0.000MHZ=108.00MHZ。

024

圖7 label 為024 示波器波形與測試結(jié)果

前八位是00010100，按照00 010 100 的規(guī)律，得到label 是024；BIN：000 0000 0000 0000 0000 即29 位到11 位的數(shù)據(jù)區(qū)全是零，所以預(yù)選航道角度為0°。

027

圖8 label 為027 示波器波形與測試結(jié)果

前八位是00010111，按照00 010 111 的規(guī)律，得到label 是027；BIN：000 0000 0000 0000 0000 即29 位到11 位的數(shù)據(jù)區(qū)全是零，所以預(yù)選航道角度為0°。

100

圖9 label 為100 示波器波形與測試結(jié)果

前八位是01000000，按照01 000 000 的規(guī)律，得到label 是100；BIN：000 0000 0000 0000 0000 即29 位到11 位的數(shù)據(jù)區(qū)均為零，所以預(yù)選航道角度為0°。

110

圖10 label 為110 示波器波形與測試結(jié)果

前八位是01001000，按照01 001 000 的規(guī)律，得到label 是110；BIN：000 0000 0000 0000 0000 即29 位到11 位的數(shù)據(jù)區(qū)均為零，所以預(yù)選航道角度為0°。

以上測試示波器觀察到波形數(shù)據(jù)和DITS 總線分析儀的輸出結(jié)果一致，達(dá)到了DITS 總線分析儀的設(shè)計目標(biāo)。

4 結(jié)論

本文在我校實驗室現(xiàn)有環(huán)境下，設(shè)計并開發(fā)了以ARM 處理器為控制核心的DITS 總線分析儀。經(jīng)過實驗室現(xiàn)有的甚高頻導(dǎo)航組件教學(xué)測試系統(tǒng)以及示波器的測試，證明了分析儀能夠?qū)OR/ILS 教學(xué)測試系統(tǒng)輸出的信號進(jìn)行解碼顯示，可用于本科飛機電子系統(tǒng)實踐課程中的飛機導(dǎo)航實習(xí)環(huán)節(jié)，積累了有關(guān)總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕?jīng)驗。后期計劃對分析儀進(jìn)行升級，使其真正能夠為我國民航事業(yè)貢獻(xiàn)力量。