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采用RS232总线与FPGA实现三坐标测量系统的设计应用

gecimao 发表于 2019-04-30 18:14 | 查看: | 回复:

  三坐标测量机做为一种高精度测量仪器,在机械工业、汽车工业、航空航天等领域具有广泛的应用。本套通讯系统采用FPGA为主要通讯芯片,使用FPGA实现各通讯模块对数据的收发,配合单片机对数据进行编码、解码、重封装,实现了计算机和控制系统的通讯;由于FPGA程序的并行执行结构和高的执行速度,因此大大保证了数据传输的准确性和快速性。

  本系统采用RS232总线实现计算机和桥接卡之间的通讯。计算机发送的数据,经过RS232总线传输到桥接卡,通过MAX3232芯片实现电平转换。FPGA检测到起始位后接收数据,接收完数据后,将其存于UART接收FIFO[2]中;待接收到结束位时,FPGA产生中断信号,触发单片机读取接收FIFO中的数据并对其解码,判断数据中的目的地址,根据目的地址决定是否处理或发送到控制板;桥接卡与计算机通讯时,首先将数据进行编码,然后将数据置于发送FIFO中,启动发送模块,发送模块自动将数据发出,数据经MAX3232发送到总线上等待计算机的接收。

  串口发送模块从发送FIFO读出数据后,根据串口通信协议,数据在向外发送时,低位在前,高位在后,所以将八位的数据重新进行编辑:前加停止位1,后加起始位0,变为十位数据包,将十位数据按照设置波特率逐位发送即可,使用Modelsim进行仿线(data位要发送的数据,tx为发送线)串口接收模块的FPGA实现

  总线空闲时当检测到由高到低变化时,表明数据开始传输,接收模块准备接收数据,接收数据时低位在前,高位在后,当接收到起始位后,每隔一个数据传输周期接收一次数据,待接收到八位数据后将数据置于接收FIFO中,使用Modelsim进行对发送模块仿线(rxBuf为接收到的数据,低位在前,高位在后):

  由于桥接卡需要和多个控制卡进行信息的交换,且不同的控制卡之间也需要数据传输,因此在进行总线选择时,必须保证各个器件都具有主控的权利,可以占用总线,本系统中桥接卡和控制卡及控制卡之间采用I2C[3][4]总线C总线是一种两线式串行双向总线,是多主控的总线,由时钟线和数据线构成,数据传输时,时钟信号由主控器件产生。当SCL为高电平时,SDA出现由高电平到低电平变化,表明开始传送数据;当SCL为高电平时,SDA出现低电平到高电平变化,表示数据传送结束;接收方收到数据后,需向发送方发出应答信号;为了防止总线上数据冲突,总线有仲裁机制,当总线同时被多个发送方占用时,首先出现高电平的发送方被仲裁掉,因此,最长低电平周期的器件占用总线,成为主控器件;被仲裁掉的器件,放弃总线,改为接收。

  总线监视模块用来为发送和接收模块提供总线状态,总线分为空闲、忙、等待三种状态。当总线上没有数据传输时,保持高电平,称为空闲态;数据传输期间,总线为忙的状态,如果主控方占用总线后没有数据发送,则为等待状态,如果总线等待时间超过设定时间,总线由等待转为空闲态。发送、接收模块需要得到的信号为起始信号、结束信号和状态信号,由总线监视模块实现这些信号。使用Modelsim进行仿线]的FPGA实现

  发送模块主要实现对数据的发送;首先发送地址,发送完地址后,等待应答信号,如果没有响应,则放弃总线C发送模块输出RAM地址,读取RAM的数据,依次发送数据,每发送完一个字节,等待响应信号,发送模块根据RAM中的数据长度,将RAM数据读完。为了防止多个主机同时占用总线,应根据仲裁机制将总线上的非主控方仲裁掉,禁止其继续占用总线。为了防止总线传输中信号延迟,当向总线上发送下一数据时对总线上的状态进行判断,如果正确,再发送下一位数据。否则,放弃总线。使用Modelsim对I2C发送模块进行仿线C_outScl:发送时钟;I2C_inScl:检测时钟

  接收模块接收到总线监视模块发送来的起始位信号后,准备接收总线上的数据,接收到的地址后,判断接收到的地址和电路板地址是否一致;当两者一致时,向总线置应答信号ACK,继续接收下面的数据,收到的数据置于接收FIFO中;如果地址不一致,则放弃总线。使用Modelsim对I2C接收模块进行仿线CbusIsBusy:总线C_start:起始信号

  包的定义:起始位定义为#,占用一个字节,接收方接收到#时,表明数据开始传输;长度字符定义为除起始字符、结束字符和校验字符的所有原始字符的长度,占用一个字节;源地址:发送方地址,占用一个字节;目的地址:接收方地址,占用一个字节,当为00时,定义为广播地址;包类型:占用一个字节,表明数据的类型,接收方根据包类型执行对应操作;传输数据:控制量的大小;包校验:定义为长度字符,源地址,目的地址,包类型和数据之和,占用两个字节;结束位:定义为~,当接收方接收到结束字符时,表明本包传输结束,对数据包进行处理,长度位和校验位正确时执行指令,否则,放弃改数据包。

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  SN54LVC646A八路总线收发器和寄存器设计用于2.7 V至3.6 VVCC操作,SN74LVC646A八路总线收发器和寄存器设计用于1.65V至3.6VVCC操作。 这些器件由总线收发器电路,D型触发器和控制电路组成用于直接从输入总线或内部寄存器多路传输数据。 A或B总线上的数据在适当时钟(CLKAB或CLKBA)输入的低到高转换时被输入寄存器。图1显示了使用?? LVC646A器件执行的四种基本总线管理功能。 输出使能(OE)和方向控制(DIR)输入控制收发器功能。在收发器模式下,高阻抗端口的数据存储在任一寄存器或两者中。 选择控制(SAB和SBA)输入可以复用存储的和实时(透明模式)数据。当OE \低时,DIR确定哪个总线接收数据。在隔离模式(OE \ high)中,A数据存储在一个寄存器中,B数据可以存储在另一个寄存器中。 当禁用输出功能时,输入功能仍然有效,并且可以用于存储和传输数据。一次只能驱动两条总线A或B中的一条。 输入可以从3.3 V或5 V器件驱动。此功能允许在混合的3.3 V /5 V系统环境中将这些器件用作转换器。 这些器件完全指定用于部分断...

  HCT652器件由总线收发器电路,D型触发器和控制电路组成,用于直接从数据中复用数据传输总线或从内部存储寄存器。提供输出使能(OEAB和OEBA \)输入以控制收发器功能。提供选择控制(SAB和SBA)输入以选择实时或存储的数据传输。低输入电平选择实时数据;高输入级别选择存储的数据。图1显示了可以使用这些器件执行的四种基本总线管理功能。 A或B数据总线上的数据或两者都可以存储在内部D型触发器中无论选择控制端子还是输出控制端子,在适当的时钟(CLKAB或CLKBA)端子上都会发生从低到高的跳变。当SAB和SBA处于实时传输模式时,通过同时启用OEAB和OEBA \,可以在不使用内部D型触发器的情况下存储数据。在此配置中,每个输出都会增强其输入。当两组总线的所有其他数据源都处于高阻态时,每组总线保持最后状态。 为确保上电或断电期间的高阻态,OEBA \应通过上拉电阻连接到VCC,OEAB应通过下拉电阻连接到GND;电阻的最小值由驱动器的电流吸收/电流源能力决定。 特性 工作电压范围4.5 V至5.5 V 低功耗,80-A...

  TMP411 ±1°C Programmable Remote/Local Digital Out Temperature Sensor

  TMP411设备是一个带有内置本地温度传感器的远程温度传感器监视器。远程温度传感器,二极管连接的晶体管通常是低成本,NPN或PNP型晶体管或二极管,是微控制器,微处理器或FPGA的组成部分。 远程精度为1 C适用于多个设备制造商,无需校准。双线串行接口接受SMBus写字节,读字节,发送字节和接收字节命令,以设置报警阈值和读取温度数据。 TMP411器件中包含的功能包括:串联电阻取消,可编程非理想因子,可编程分辨率,可编程阈值限制,用户定义的偏移寄存器,用于最大精度,最小和最大温度监视器,宽远程温度测量范围(高达150C),二极管故障检测和温度警报功能。 TMP411器件采用VSSOP-8和SOIC-8封装。 特性 1C远程二极管传感器 1C本地温度传感器 可编程非理想因素 串联电阻取消 警报功能 系统校准的偏移寄存器 与ADT7461和ADM1032兼容的引脚和寄存器 可编程分辨率:9至12位 可编程阈值限...

  TMP468器件是一款使用双线 C兼容接口的多区域高精度低功耗温度传感器。除了本地温度外,还可以同时监控多达八个连接远程二极管的温度区域。聚合系统中的温度测量可通过缩小保护频带提升性能,并且可以降低电路板复杂程度。典型用例为监测服务器和电信设备等复杂系统中不同处理器(如MCU,GPU和FPGA)的温度。该器件将诸如串联电阻抵消,可编程非理想性因子,可编程偏移和可编程温度限值等高级特性完美结合,提供了一套精度和抗扰度更高且稳健耐用的温度监控解决方案。 八个远程通道(以及本地通道)均可独立编程,设定两个在测量位置的相应温度超出对应值时触发的阈值。此外,还可通过可编程迟滞设置避免阈值持续切换。 TMP468器件可提供高测量精度(0.75C)和测量分辨率(0.0 625C)。该器件还支持低电压轨(1.7V至3.6V)和通用双线制接口,采用高空间利用率的小型封装(3mm×3mm或1.6mm×1.6mm),可在计算系统中轻松集成。远程结支持-55C至+ 150C的温度范围。 特性 8通道远程二极管温度传感器精度:0.75&...

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