复杂航电设备维修数据转换系统设计

摘要：研制了GARMIN G1000系统维修平台的数据转换子系统。在分析GARMIN G1000系统及其内部总线规范的基础上，利用VC++和LPC2132单片机实现了数据转换子系统设计，包括硬件、软件和上位机的设计等。硬件设计主要包括MCU最小系统电路、外围控制电路、液晶显示等；软件设计主要包括程序初始化、串口接收、解码校验等；上位机设计主要用MSComm控件实现了串口的通讯功能。

关键词：复杂航电设备 LPC2132单片机 数据转换系统

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0129-02

近年来GARMIN公司生产的G1000综合式航电系统已经广泛应用于民航各式飞机上。该系统集成了通讯、导航、GPS等功能，系统内部结构高度综合化、模块化和智能化。目前国内关于G1000系统的资料极少，只能进行简单的外场维护，故障组件必须返回厂家修理，对保障飞行安全和及时维修造成很大的影响。如果研制G1000系统自动化维修平台，设计合理的维修方案，对设备故障能够及时修复，必将节约大量成本，缩短维修周期，保障飞行安全。本文在详细分析G1000内部总线和接口信息及内部总线传输协议和传输规范的基础上，研制了G1000系统维修平台中的数据转换子系统，经过验证，该系统稳定可靠，高速，便于操作，能快速有效实现数据转换功能。

1 G1000系统维修平台结构

系统维修平台能对G1000系统电子设备的各种信号等进行快速精确的测试，它由信号模拟机，系统选择面板，数据组合、采集、转换模块和终端主控系统四大功能模块组成。使用时系统生成模拟信号，用户选择被测件及其测试项目进行测试，根据测试结果自动给出提示或者告警信息，找出故障点。其中系统选择面板，数据组合、采集、转换模块构成数据转换子系统，用来选择测试组件，采集输入信号并转换为适合主控计算机总线的格式，在维修平台中是关键环节（如图1）。

2 数据转换子系统硬件电路设计

2.1 硬件总体结构

数据转换子系统由上位机、USB/UART转换电路、LPC2132单片机、供电电路、复位电路、时钟电路、显示电路及外围继电器电路等部分组成（如图2）。

数据转换子系统由上位机软件选择要选通的数据，对外部信号进行采集，对系统选择面板传出的数据进行整合，把数据包发给控制器，解码后由单片机控制外部设备选通需要的数据，并在液晶屏幕上显示相应的选通信息。测试信号通过接口数据转换模块的继电器矩阵选择后，最终到达GARMIN G1000系统自动测试终端设备。

2.2 主要电路设计

2.2.1 USB/UART转换电路

FT232RL主要功能是在内部硬件逻辑作用下实现USB和异步串行传输接口的转换。在上位机软件控制下，经由USB/UART接口的硬件电路把上位机发送的控制码传送给LPC2132控制器，通过LPC2132控制器的解码然后控制相应的继电器吸合，并通过LCD液晶显示器显示相应的控制信息。该USB/UART模块采用总线供电方式。总线供电的优点是无需外接电源，移动性强。

2.2.2 供电电路

系统电路需要3.3V电源并提供大约600mA电流才能满足要求，采用BM1117-3.3V芯片将5V电源转化成3.3V作为主芯片以及其他部件的电源。

2.2.3 时钟电路

LPC2132可以使用外部晶振或外部时钟源，通过内部PLL（Phase Locked Loop）电路可以调整系统的时钟，提高系统的运行速度。本设计中，外部石英晶体振荡频率选择为11.0592MHz。在调试程序时，根据程序要求，相应的进行片内锁相环PLL设置，使CPU的指令执行速度满足要求。

2.2.4 复位电路

系统采用上电自动复位和人工复位结合。MAX809T是一种单一功能的微处理器复位芯片，具有低电平有效的RESET输出，小型的三管脚SOT-23封装，无需外部器件，它可以在上电、掉电和节电情况下向微控制器提供复位信号，当电源电压低于预设的门槛电压时，器件就会发出复位信号，直到在一段时间内电压又恢复到高于门槛电压为止。当需要进行单片机复位时，REST S2按下，即可实现手动复位功能。

2.2.5 MJTAG接口电路

为了将编制好的硬件控制程序拷贝到单片机各个模块，系统采用精简版的10脚MJTAG仿真调试接口，用于下载程序。如果用户需要用单片机中的P1.26～P1.31作I/O口，不进行MJTAG仿真调试，则可以在用户程序中通过设置PINSEL2寄存器来使LPC2132内部MJTAG接口禁止。

2.2.6 外围控制电路

控制电路使用G5V-1继电器，因继电器工作电流比较大，单纯的采用ARM的I/O口来驱动是不能正常工作的，所以为了驱动继电器，采用ULN2803芯片。

2.2.7 液晶显示模块

采用LCD12232F型点阵图形液晶显示器，在LPC2132与LCD12232连接处使用总线接口，数据通过总线接口传送到LCD12232F进行显示。

3 软件的设计与实现

3.1 总体设计

子系统软件设计本着易维护、精简、实时、可靠性高的原则，包括系统初始化、时钟设置、串口接收、解码校验和控制等部分。其中重点是数据的解码校验部分，应该保证数据在受到干扰的情况下仍能准确的传输。

系统选用LPC2132高性能单片机作为主控芯片。首先用PC上位机软件选择并打开系统占用的COM口，然后选择要选通A或B路信号和这一路的某几位信号，然后点击发送。上位机就会把这些信息打包通过USB/UART模块发送给控制器LPC2132，LPC2132对数据进行校验解码，丢弃无效数据包，选择有效的数据包并提取出相应的选通信息，然后输出控制选择某路继电器通，然后控制选通的这一路继电器的相应位，实现数据选通输出（如图3）。

4 上位机程序设计与实现

上位机源程序用VC++语言编写，并加入了功能强大的MFC （Microsoft Foundation Class）类库。用MSComm控件实现串口通讯。MSComm控件有两种处理通信的方式，即事件驱动和查询方式。事件驱动方式实时性较强。查询方式适合于应用程序较小、实时性要求不高的系统。由于对实时性的要求，本系统主要采用了事件驱动方式和响应中断的通信方式。

5 结语

本文以LPC2132为主控核心，设计了一种由上位机软件选择要选通数据，把信息打包发给控制器，解码后控制数据选通单元选通所要选通数据，并在液晶上显示相应的选通信息的系统。经过实物验证，该系统稳定可靠，高速，便于操作，人机交互性强。上位机软件界面简洁，操作方便，并采用了可靠的数据校验算法，大大减少了数据传送的误码率。本系统选通的信号高速同步延时小，通用性很强，可以推广到其他类似系统使用。

参考文献

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