通訊接口電路技術設計與可靠性驗證流程概述

0 引言

通訊接口電路主要用于完成前端綜合處理機和后端的發送控制系統（簡稱發控系統）、飛機控制系統（簡稱飛控系統）等的信號交聯。綜合處理機輸出的目標信息經過電氣匹配后送到單片機，單片機對其進行解析后，按照一定的幀協議將目標信息轉發給發控系統，并將目標信息中包含的干纜高度信號進行數模轉換及濾波放大后送至飛控系統和懸停器。

1 電路組成與工作原理

1．1 電路組成

根據通訊接口電路的主要功能，設計該電路的組成框圖如圖1所示。

通訊接口電路技術設計與可靠性驗證流程概述

1．2 電源電路

接線盒系統由一路28V直流電源供電，在此利用穩壓芯片分別轉換得到以下三路電源：

1）運算放大器電源：一路15．0V；2）MCU電源：兩路3．3V，分別為供數字電路和模擬電路使用；3）其他芯片電源：一路5．0V。

1．3 控制電路

通訊接口電路的控制單元MCU在進行數據處理時，除了需要根據綜合處理機與接線盒接口控制協議對數字信號進行解析，還需要完成對干纜高度數據信號的D／A轉換，要求高度分辨率小于0．1m。

基于硬件資源需求，結合低功耗、集成化、開發周期等因素，該控制電路選用了MSP430系列的單片機。該單片機具有兩個串口并內置12位DA轉換器，在低功耗、可靠性方面表現出色，滿足設計需求。

我們選擇DAC12的基準電壓為2．5V，理論上其電壓分辨率為2．5／4096=0．6mV，實際上由于器件本身的誤差加上電路噪聲的影響，其有效位可能降低為10位，則電壓分辨率隨之降低為2．5V／1024=2．4mV。

由于DAC12輸出的直流電壓模擬量的范圍為0～2．5V，而飛控系統和懸停器要求的電壓輸入范圍為0～12V，因此需要對DAC12的輸出電壓進行比例放大，增益系數計算如下：G=Int（12／2．5）=5。同時，由于電壓放大的緣故，在飛控系統的輸入端，電壓分辨率相應降至2．4×5= 12mV。此外，已知電壓與干纜高度之間的比例關系為80mV／m，據此計算出高度分辨率為12／80=0．15（mV／m），滿足小于0．2m的設計要求。

1．4 電氣匹配

在電路設計中，由于綜合處理機、MCU和與發控系統之間的通訊信號的輸入／輸出邏輯不協調，需要首先解決兩種電平的轉換問題，我們在此采用的電氣匹配芯片為ADM485。

對于不出戶外的422端口，我們采取了單向的保護措施，設計了由TVS管P6KE6．8CA和WE-SL2型共模電感組成的接口保護電路。當TVS管兩端經受瞬間的高能量沖擊時，它以極高的速度使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。

2 通訊協議

為保證綜合處理機、接口電路MCU和與發控系統之間能有效、可靠地進行通信，我們對數據的格式、順序和速率，數據傳輸的確認和接收，差錯檢測，重傳控制和詢問等操作做出了約定，形成了通訊協議。

2．1 綜合處理機與接線盒通訊標準

綜合處理機通過一個串行通訊鏈和接線盒進行交聯。通訊標準如下：電氣標準：EIA RS-422；信號：RxD+、RxD-、TxD+、TxD-、GND；字節：起始位1位、數據位8位、停止位1位、無校驗位；速率：9．6kb／s；方式：異步。

2．2 綜合處理機與接線盒的數據包格式

綜合處理機向接線盒發送固定格式、固定數據周期的數據包，數據內容包括目標信息、干纜高度、聲納有效標識和狀態查詢命令標識。當接線盒接收到的數據包狀態查詢命令標識為有效時，接線盒向綜合處理機發回狀態信息數據。

2．3 接線盒與發控系統通訊數據協議

接線盒接口電路向發控系統輸出兩路信號，一路為串行數據信號DATA和／DATA（差分信號），另一路為時鐘信號BCLK和／BCLK，兩路均為差分信號。其格式如下：

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