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高速便携式RS232/422信号模拟器设计方案解析

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标签:FTDI(7)信号模拟器(8)RS(98)
 为了飞行试验中机载测试设备或仪器外场排故的需要,利用FPGA和USB接口技术成功设计了可模拟当前各种飞机RS 232/422总线信号的高速便携式模拟器。该信号模拟器能产生24种标准或者非标准波特率的RS 232/422信号,拥有USB接口、键盘和LED显示屏等功能,具有设置简便,使用灵活,可靠性高以及耗电量低等特点。
  0引言
  随着我国航空技术的不断发展,我国新研制了众多不同型号和不同用途的飞机。这些飞机以及这些飞机上电子设备之间采用的RS 232和RS 422格式传输的数据总线也有了极大的发展。它们传输数据的数据位、校验位、停止位、波特率及传输的信息块形式各不相同,尤其波特率,已经从当初的几十Kb/s发展到现在的上百Kb/s甚至上Mb/s.这就需要研制一种高速RS 232/422信号模拟器,它能够模拟我国现有飞机及机上设备采用RS 232或RS 422格式进行相互通信的RS 232/422总线数据,为机载测试工程师在试验室对机上采集RS 232或RS 422信号的设备进行通电和编程验证,以及外场机上排故时提供方便可靠而又灵活的RS 232/422信号模拟器。
  1系统总体方案设计
  RS 232/422信号模拟器主要由USB接口、键盘显示、电源管理、RS 232/422信号电平转换和FPGA核心控制这几部分电路模块组成。USB接口电路主要功能是和上位计算机通过USB接口建立连接,把上位计算机发送数据传送到FPGA核心控制电路,或者把FPGA核心控制电路发送的数据传送到上位计算机。键盘显示电路主要功能是当信号模拟器脱离PC机独立工作时,通过键盘输入命令和数据,并在LED显示屏上观察输入的命令和数据是否正确,并可以在接收时能察看接收到的数据,以判断接收到的数据正确与否;此外,它还可以实时显示电源的状态和电池的电量等信息。电源管理主要是对供电源头进行排序和自动选择,同时监控电池的电量信息,并把这些信息传送给FPGA核心控制电路。
  RS 232/422信号电平转换电路主要功能则是把TTL或CMOS电平转换成符合要求电平传送出去,或者把接收到的RS232或RS 422标准的信号电平转换成TTL或COMS电平,同时在不工作时使这些电路处于睡眠状态,以降低功耗。FPGA核心控制电路是本硬件系统的核心,它对以上部分的电路系统进行统一管理,监控所有电路的工作状态,并随接收来自这些电路的数据信息,根据这些信息做出不同的处理,如果需要的话,并把部分结果在LED显示屏或者上位计算机屏幕上显示出来,供操纵者参考。本信号仿真器的硬件系统电路原理框图如图1所示。
  高速便携式RS232/422信号模拟器设计方案解析
  2主要电路模块设计
  2.1 USB接口电路模块设计
  USB(Universal Serial Bus,(计算机)通用串行总线)是计算机和外围设备连接的最常用,也是最方便的总线接口,它支持热插拔和即插即用,应用灵活,易于升级,全速率传输可达12 Mb/s,而高速传输达480 Mb/s,并且它同时可以向外围设备提供耗电电流不大于500 mA的5 V电源。在本信号仿真器中,USB接口不仅仅具有和信号仿真器交换数据的任务,同时还向信号源提供5 V的直流供电的功能。通过USB接口,上位计算机依靠用户界面程序对信号仿真器的工作状态、模拟的信号格式和信息块内容进行没置;当处于接收工作状态时,还可以把接收到的数据实时显示在计算机屏幕上。在设计中,本文采用了FTDI公司的FT245RL芯片作为主要的接口协议处理芯片,它本身集成了协议处理的固件程序,并且FTDI公司网站上也提供了此芯片的驱动程序,缩小了开发难度,加快了开发时间和成本。

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