總線監(jiān)視模塊[5]的實現(xiàn) - 通信技術(shù)在三坐標測量系統(tǒng)中的應(yīng)用

　?、倏偩€監(jiān)視模塊[5]的實現(xiàn)

　　總線監(jiān)視模塊用來為發(fā)送和接收模塊提供總線狀態(tài)，總線分為空閑、忙、等待三種狀態(tài)。當總線上沒有數(shù)據(jù)傳輸時，保持高電平，稱為空閑態(tài)；數(shù)據(jù)傳輸期間，總線為忙的狀態(tài)，如果主控方占用總線后沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則為等待狀態(tài)，如果總線等待時間超過設(shè)定時間，總線由等待轉(zhuǎn)為空閑態(tài)。發(fā)送、接收模塊需要得到的信號為起始信號、結(jié)束信號和狀態(tài)信號，由總線監(jiān)視模塊實現(xiàn)這些信號。使用Modelsim進行仿真，得到波形如圖3：

?

?

?

　?、贗2C發(fā)送模塊[6]的FPGA實現(xiàn)

　　發(fā)送模塊主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的發(fā)送；首先發(fā)送地址，發(fā)送完地址后，等待應(yīng)答信號，如果沒有響應(yīng)，則放棄總線；如果出現(xiàn)響應(yīng)，I2C發(fā)送模塊輸出RAM地址，讀取RAM的數(shù)據(jù),依次發(fā)送數(shù)據(jù)，每發(fā)送完一個字節(jié)，等待響應(yīng)信號，發(fā)送模塊根據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)長度，將RAM數(shù)據(jù)讀完。為了防止多個主機同時占用總線，應(yīng)根據(jù)仲裁機制將總線上的非主控方仲裁掉，禁止其繼續(xù)占用總線。為了防止總線傳輸中信號延遲，當向總線上發(fā)送下一數(shù)據(jù)時對總線上的狀態(tài)進行判斷，如果正確，再發(fā)送下一位數(shù)據(jù)。否則，放棄總線。使用Modelsim對I2C發(fā)送模塊進行仿真如圖4。

?

?

?

　　I2C_outScl：發(fā)送時鐘；I2C_inScl：檢測時鐘

　　I2C_outSda：發(fā)送數(shù)據(jù)；I2C_inSda：檢測數(shù)據(jù)

　　desAddr:目的地址；msgData：發(fā)送數(shù)據(jù)

　　RAM_Addr:RAM的地址信號。

　　③I2C接收模塊[7]的FPGA實現(xiàn)

　　接收模塊接收到總線監(jiān)視模塊發(fā)送來的起始位信號后，準備接收總線上的數(shù)據(jù)，接收到的地址后，判斷接收到的地址和電路板地址是否一致；當兩者一致時，向總線置應(yīng)答信號ACK,繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù)，收到的數(shù)據(jù)置于接收ＦＩＦＯ中；如果地址不一致，則放棄總線。使用Modelsim對I2C接收模塊進行仿真如圖4。

　　I2CbusIsBusy：總線狀態(tài)；I2C_start：起始信號

　　myAddr：電路板的地址； rxBuf：接收寄存器

　　rxFIFO_wr：接收FIFO的寫信號

　　3、通訊協(xié)議

　　上位機和橋接板之間采用RS232總線進行數(shù)據(jù)傳輸，橋接卡和控制卡以及各個控制卡之間采用I2C總線進行數(shù)據(jù)的傳輸，通訊采用主叫和應(yīng)答方式,數(shù)據(jù)傳輸中使用單片機進行解碼[8]。

　　主叫方發(fā)出指令后，等待對方響應(yīng)，如果主叫方寫指令到被叫方，則被叫方收到指令執(zhí)行操作后返回確認信號；如果從主叫方讀指令，則被叫方在下一時刻占用總線后發(fā)送數(shù)據(jù)到主叫方，主叫方在0.5s內(nèi)沒有收到響應(yīng)包，表明傳輸失敗。若連續(xù)3次沒有響應(yīng)，則與對方通信連接失敗。

　　為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一致性，RS-232和Ｉ２Ｃ總線采用相同的通信協(xié)議。

　　數(shù)據(jù)傳輸時以“包”進行封裝，中間加入長度位和奇偶校驗位。封裝格式：起始字符+長度字符 +序列號+源地址+目的地址包類型+傳輸數(shù)據(jù)+包校驗+結(jié)束字符；數(shù)據(jù)傳輸均采用ASCII碼。

　　包的定義：起始位定義為‘#’，占用一個字節(jié)，接收方接收到‘#’時，表明數(shù)據(jù)開始傳輸；長度字符定義為除起始字符、結(jié)束字符和校驗字符的所有原始字符的長度，占用一個字節(jié)；源地址：發(fā)送方地址，占用一個字節(jié)；目的地址：接收方地址，占用一個字節(jié)，當為‘00’時，定義為廣播地址；包類型：占用一個字節(jié)，表明數(shù)據(jù)的類型，接收方根據(jù)包類型執(zhí)行對應(yīng)操作；傳輸數(shù)據(jù)：控制量的大小；包校驗：定義為長度字符，源地址，目的地址，包類型和數(shù)據(jù)之和，占用兩個字節(jié)；結(jié)束位：定義為‘~’，當接收方接收到結(jié)束字符時，表明本包傳輸結(jié)束,對數(shù)據(jù)包進行處理，長度位和校驗位正確時執(zhí)行指令，否則，放棄改數(shù)據(jù)包。