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1553B总线接口技术研究及FPGA实现

作　者: 徐丽清
导　师: 姬劳
学　校: 西北工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: MIL-STD-1553B数据总线 总线接口 硬件描述语言VHDL 现场可编程门阵列FPGA 通用异步收发器UART
分类号: V243
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 988次
引　用: 16次
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内容摘要


MIL-STD-1553B是一种集中控制式、飞机内部时分指令/响应型多路串行数据总线标准,具有高可靠性和灵活性,已经成为现代航空机载系统设备互联的关键,广泛的应用于飞机、舰船、坦克等武器平台上,并逐渐应用到民用的领域中。而1553B总线系统的关键核心部分是总线接口芯片。 本论文在详细研究MIL-STD-1553B数据总线协议以及参考国外芯片设计的基础上,结合目前新兴的EDA技术和大规模可编程技术,提出了一种全新的基于FPGA的1553B总线接口芯片的设计方法。 从专用芯片实现的具体功能出发,结合自顶向下的设计思想,给出了总线接口的总体设计方案,考虑到电路的具体实现对结构进行模块细化。在介绍模拟收发器模块的电路设计后,重点介绍了基于FPGA的BC、RT、MT三种类型终端设计,最终通过工作方式选择信号以及其他控制信号将此三种终端结合起来以达到通用接口的功能。同时给出其设计逻辑框图、算法流程图、引脚说明以及部分模块的仿真结果。为了资源的合理利用,对其中相当部分模块进行复用。在设计过程中采用自顶向下、码型转换中的全数字锁相环、通用异步收发器UART等关键技术。本设计使用VHDL描述,在此基础之上采用专门的综合软件对设计进行了综合优化,最后在FPGA芯片EPlKl00上得以实现。通过验证证明该设计能够完成BC/RT/MT三种模式的工作,能处理多种消息格式的传输,并具有较强的检错能力。 最后设计了总线接口芯片测试系统,选择TMS320LF2407作为主处理器,测试主要包括主处理器的自发自收验证,加入RS232串口调试过程提高测试数据的直观性。验证的结果表明本文提出的设计方案是合理的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 MIL-STD-1553B总线技术的发展及现状  8-9
    1.1.1 1553B数据总线的发展  8
    1.1.2 1553B数据总线技术的现状  8-9
  1.2 数字集成电路技术的发展  9-10
  1.3 论文研究意义  10
  1.4 论文的研究工作及内容安排  10-12
第二章 1553B数据总线协议简介  12-22
  2.1 MIL-STD-1553B总线协议标准  12-19
    2.1.1 1553B在航空电子系统中的应用  12-13
    2.1.2 1553B总线的特点  13-14
    2.1.3 1553B总线的码型  14
    2.1.4 1553B总线的字格式  14-16
    2.1.5 1553B总线的方式指令  16-17
    2.1.6 MIL-STD-1553B的消息格式  17-19
  2.2 航空数据总线标准比较  19-20
  2.3 1553B和CAN的性能比较  20-21
  2.4 设计思路  21-22
第三章 1553B总线接口设计总体方案  22-34
  3.1 EDA技术简介  22
  3.2 FPGA与CPLD的比较和选取  22-24
  3.3 自顶向下设计方法  24-26
  3.4 1553B总线接口功能分析  26-28
    3.4.1 总线控制器BC功能  27
    3.4.2 总线监视器MT功能  27
    3.4.3 远程终端RT功能  27
    3.4.4 BC／RT／MT通用终端功能  27-28
  3.5 总线接口设计总体方案  28-34
    3.5.1 总线接口板硬件结构  28-29
    3.5.2 设计任务  29-30
    3.5.3 总线接口模块划分  30-32
    3.5.4 难点分析  32-34
第四章 1553B总线接口具体设计与实现  34-63
  4.1 模拟收发器  34-36
    4.1.1 变压器耦合  34-35
    4.1.2 模拟收发器电路设计  35-36
  4.2 总线控制器BC设计  36-47
    4.2.1 数字发送器  36-38
    4.2.2 发送超时检测  38-39
    4.2.3 数字接收器  39-40
    4.2.4 BC发送命令字  40-41
    4.2.5 地址控制  41-42
    4.2.6 检错控制  42-44
    4.2.7 BC状态字译码／接收数据字  44
    4.2.8 BC发送器控制  44-45
    4.2.9 主处理器通信接口  45-47
  4.3 远程终端RT设计  47-50
    4.3.1 命令字译码／接收数据字  47-48
    4.3.2 状态字设置与命令字寄存器  48-50
    4.3.3 RT发送控制器  50
  4.4 总线监控器MT设计  50-52
    4.4.1 地址／接收字存储控制  51-52
  4.5 BC／RT／MT通用终端设计  52
  4.6 全数字锁相环的设计  52-56
  4.7 通用异步收发器UART的设计  56-58
    4.7.1 发送模块的设计  57
    4.7.2 接收模块的设计  57-58
  4.8 总线接口系统的FPGA实现  58-63
    4.8.1 ACEX1K器件介绍  58-59
    4.8.2 总线接口系统的VHDL描述  59-61
    4.8.3 总线接口系统的Synplify综合与实现  61-63
第五章 1553B总线接口芯片试验分析  63-77
  5.1 总线接口芯片测试系统设计  63-70
    5.1.1 FPGA芯片及外围电路设计  64
    5.1.2 FPGA在线下载电路  64-67
    5.1.3 TMS320LF2407介绍  67-68
    5.1.4 DSP和FPGA接口电路设计  68
    5.1.5 DSP模块硬件设计  68-69
    5.1.6 串行通信接口电路  69
    5.1.7 模块软件设计  69-70
  5.2 试验结果分析  70-77
    5.2.1 1553B总线接口芯片的功能实现  70-75
    5.2.2 1553B总线接口芯片的测试结果  75
    5.2.3 1553B总线接口芯片的性能分析  75-77
第六章 1553B总线接口芯片的研究总结  77-83
  6.1 总线接口芯片的研究总结  77-80
    6.1.1 总线接口设计结论  77
    6.1.2 研究过程中需要注意的问题  77-80
  6.2 总线接口芯片的展望  80-83
参考文献  83-85
论文发表  85-86
致谢  86-87
西北工业大学学位论文知识产权声明书  87
西北工业大学学位论文原创性声明  87

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空仪表、航空设备、飞行控制与导航 > 电子设备
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