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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

发布时间:2019-07-09 21:58 来源:未知 编辑:admin

  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

  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。

  使用FPGA实现I2C总线时,需要建立三个模块:总线监视模块,总线发送模块,总线接收模块。

  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

  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。

  本系统采用FPGA进行通讯系统的设计,提高了数据的传输率和准确性,实现了对控制机构及时、快速的控制,有效防止突发事件的处理,经实验证明,本系统快速、准确的实现了数据的传输,可以有效快速的实现对电机的速度、位置控制、准确的读取电机的编码器

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  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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