總線監(jiān)視模塊[5]的實(shí)現(xiàn) - 通信技術(shù)在三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

　?、倏偩€監(jiān)視模塊[5]的實(shí)現(xiàn)

　　總線監(jiān)視模塊用來(lái)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(dāng)總線上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，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(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送，則為等待狀態(tài)，如果總線等待時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)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(hào)為起始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)，由總線監(jiān)視模塊實(shí)現(xiàn)這些信號(hào)。使用Modelsim進(jìn)行仿真，得到波形如圖3：

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　?、贗2C發(fā)送模塊[6]的FPGA實(shí)現(xiàn)

　　發(fā)送模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)，如果沒(méi)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(gè)字節(jié)，等待響應(yīng)信號(hào)，發(fā)送模塊根據(jù)RAM中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，將RAM數(shù)據(jù)讀完。為了防止多個(gè)主機(jī)同時(shí)占用總線，應(yīng)根據(jù)仲裁機(jī)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(hào)延遲，當(dāng)向總線上發(fā)送下一數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)總線上的狀態(tài)進(jìn)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(duì)I2C發(fā)送模塊進(jìn)行仿真如圖4。

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　　I2C_outScl：發(fā)送時(shí)鐘；I2C_inScl：檢測(cè)時(shí)鐘

　　I2C_outSda：發(fā)送數(shù)據(jù)；I2C_inSda：檢測(cè)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(hào)。

　?、跧2C接收模塊[7]的FPGA實(shí)現(xiàn)

　　接收模塊接收到總線監(jiān)視模塊發(fā)送來(lái)的起始位信號(hào)后，準(zhǔn)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(dāng)兩者一致時(shí)，向總線置應(yīng)答信號(hào)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(duì)I2C接收模塊進(jìn)行仿真如圖4。

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

　　myAddr：電路板的地址； rxBuf：接收寄存器

　　rxFIFO_wr：接收FIFO的寫(xiě)信號(hào)

　　3、通訊協(xié)議

　　上位機(jī)和橋接板之間采用RS232總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，橋接卡和控制卡以及各個(gè)控制卡之間采用I2C總線進(jìn)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(jī)進(jìn)行解碼[8]。

　　主叫方發(fā)出指令后，等待對(duì)方響應(yīng)，如果主叫方寫(xiě)指令到被叫方，則被叫方收到指令執(zhí)行操作后返回確認(rèn)信號(hào)；如果從主叫方讀指令，則被叫方在下一時(shí)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(méi)有收到響應(yīng)包，表明傳輸失敗。若連續(xù)3次沒(méi)有響應(yīng)，則與對(duì)方通信連接失敗。

　　為了實(shí)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(shí)以“包”進(jìn)行封裝，中間加入長(zhǎng)度位和奇偶校驗(yàn)位。封裝格式：起始字符+長(zhǎng)度字符 +序列號(hào)+源地址+目的地址包類型+傳輸數(shù)據(jù)+包校驗(yàn)+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(gè)字節(jié)，接收方接收到‘#’時(shí)，表明數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸；長(zhǎng)度字符定義為除起始字符、結(jié)束字符和校驗(yàn)字符的所有原始字符的長(zhǎng)度，占用一個(gè)字節(jié)；源地址：發(fā)送方地址，占用一個(gè)字節(jié)；目的地址：接收方地址，占用一個(gè)字節(jié)，當(dāng)為‘00’時(shí)，定義為廣播地址；包類型：占用一個(gè)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(duì)應(yīng)操作；傳輸數(shù)據(jù)：控制量的大?。话ｒ?yàn)：定義為長(zhǎng)度字符，源地址，目的地址，包類型和數(shù)據(jù)之和，占用兩個(gè)字節(jié)；結(jié)束位：定義為‘~’，當(dāng)接收方接收到結(jié)束字符時(shí)，表明本包傳輸結(jié)束,對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，長(zhǎng)度位和校驗(yàn)位正確時(shí)執(zhí)行指令，否則，放棄改數(shù)據(jù)包。