LVDS的模塊化測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文

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《機(jī)電技術(shù)雜志》2014年第二期

1接口設(shè)計(jì)

作為高速傳輸方式，lvds接口在應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題是如何保證其信號(hào)的完整性。1）模塊間數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)在模塊間的傳輸路徑較短，因此其接口可直接由LVDS串化器及解串器組成。發(fā)送端采用LVDS串化器將數(shù)據(jù)以高速串行數(shù)據(jù)方式發(fā)送，接收端采用相對(duì)應(yīng)的LVDS解串器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換。為完成電路環(huán)流，在差分?jǐn)?shù)據(jù)接收端（DS92LV1224的數(shù)據(jù)輸入端）跨接100Ω電阻。2）數(shù)據(jù)長(zhǎng)線傳輸接口設(shè)計(jì)。由于中心節(jié)點(diǎn)模塊與上位機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸距離較遠(yuǎn)，為抵消LVDS長(zhǎng)線傳輸?shù)男盘?hào)衰減，需在信號(hào)發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并在信號(hào)接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行均衡以降低信號(hào)失真和畸變。長(zhǎng)線傳輸容易使數(shù)據(jù)收發(fā)兩端由于地電勢(shì)差產(chǎn)生直流電，因此在差分信號(hào)輸出端需采用隔直電容進(jìn)行交流耦合。同時(shí)，采用一對(duì)相當(dāng)于傳輸線1/2的電阻進(jìn)行差分信號(hào)傳輸?shù)脑炊似ヅ洹?/p>

2系統(tǒng)信號(hào)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

2.1傳輸協(xié)議模型設(shè)計(jì)為減少傳輸中的冗余數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中未采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，僅保留了物理層、傳輸層及應(yīng)用層。分析本測(cè)試系統(tǒng)所需完成的功能，在設(shè)計(jì)中提出了如圖2所示的傳輸協(xié)議模型。圖2信號(hào)采集系統(tǒng)傳輸協(xié)議模型物理層：即接口層，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與傳輸媒質(zhì)的連接，LVDS接口芯片可自動(dòng)完成LVDS信號(hào)編碼/解碼、串/并（并/串）轉(zhuǎn)換及信號(hào)同步。傳輸層：功能模塊在傳輸層中將采集到的信號(hào)建幀上傳至中心節(jié)點(diǎn)模塊，并判定由中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的上位機(jī)指令是否指向本模塊。中心節(jié)點(diǎn)模塊在傳輸層中完成將功能模塊上傳的數(shù)據(jù)打包傳送，上位機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)解包轉(zhuǎn)發(fā)及數(shù)據(jù)流尋址控制功能。應(yīng)用層：對(duì)接收到的指令及采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，執(zhí)行各功能模塊的專屬任務(wù)。各功能模塊在應(yīng)用層所需完成的具體功能有所不同。

2.2數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)上位機(jī)對(duì)各獨(dú)立模塊進(jìn)行的指令控制及數(shù)據(jù)傳輸都是通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的，中心節(jié)點(diǎn)模塊接受上位機(jī)控制，因此上位機(jī)占用傳輸線下發(fā)指令及數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)高于各功能模塊通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)請(qǐng)求的級(jí)別。1）上位機(jī)向?qū)崟r(shí)測(cè)控系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)向?qū)崟r(shí)測(cè)試系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中，在向某一功能模塊下發(fā)第一輪數(shù)據(jù)前加入目標(biāo)指令，以明確下發(fā)數(shù)據(jù)的目標(biāo)電路模塊。在每輪數(shù)據(jù)發(fā)送前都加有控制指令、數(shù)據(jù)頭標(biāo)識(shí)，而在數(shù)據(jù)幀尾部加入數(shù)據(jù)尾標(biāo)志，加入這些標(biāo)志的目的均為進(jìn)一步確保數(shù)據(jù)的成功接收，提高數(shù)據(jù)傳輸及接收的可靠性。中心控制模塊對(duì)上位機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)中的目標(biāo)指令部分進(jìn)行判斷，再將去掉目標(biāo)指令的其余數(shù)據(jù)發(fā)送至目標(biāo)模塊。目標(biāo)模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，確定下發(fā)數(shù)據(jù)是否正確，并執(zhí)行指令或發(fā)送數(shù)據(jù)。2）測(cè)控系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通道較多，因此各功能模塊在傳輸層需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編幀處理，以供上位機(jī)對(duì)每一路數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別（見(jiàn)圖4）。各信號(hào)采集模塊對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)讀數(shù)，每讀取一輪數(shù)據(jù)后增加幀計(jì)數(shù)及幀標(biāo)識(shí)，再經(jīng)中心節(jié)點(diǎn)模塊打包上傳。上位機(jī)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度、幀計(jì)數(shù)及幀標(biāo)識(shí)的判斷，即可判定數(shù)據(jù)是否完整并計(jì)算出信號(hào)采集的時(shí)間。系統(tǒng)上電后信號(hào)采集模塊開(kāi)始進(jìn)行幀計(jì)數(shù)，頻率為1kHz，則32位的幀計(jì)數(shù)可提供時(shí)長(zhǎng)為4194304s的計(jì)數(shù)時(shí)間，數(shù)據(jù)采集時(shí)間=幀計(jì)數(shù)時(shí)間+上電時(shí)間。幀標(biāo)識(shí)的作用為標(biāo)識(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)幀的結(jié)束，以較小的數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送有助于差錯(cuò)控制。各信號(hào)采集模塊經(jīng)由中心節(jié)點(diǎn)模塊向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)時(shí)使用同一條傳輸通道，因此，中心節(jié)點(diǎn)模塊在傳輸層需將各功能模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，在上傳數(shù)據(jù)包的前端及尾端增加不同的標(biāo)識(shí)頭及標(biāo)志尾，以供上位機(jī)判斷數(shù)據(jù)來(lái)源模塊。

2.3差錯(cuò)控制如果采集數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了與標(biāo)識(shí)頭或標(biāo)識(shí)尾相同的數(shù)據(jù)，且兩者間隔恰好與數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度相同，則可能出現(xiàn)誤判斷，提取錯(cuò)誤的采集量信息。因此中心模塊上傳數(shù)據(jù)時(shí)采用8字節(jié)急變數(shù)據(jù)作為標(biāo)識(shí)頭及標(biāo)識(shí)尾，從而與系統(tǒng)所需采集的緩變信號(hào)形成反差，降低誤判斷的概率。如：模擬采集量的包頭采用ABAB4545ABAB4545作為標(biāo)識(shí)頭，在16位信號(hào)中ABAB為較大數(shù)據(jù)，而4545則為較小數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)重復(fù)出現(xiàn)的概率低，同理在包尾采用5454BABA5454BABA作為標(biāo)識(shí)尾，這樣，兩組數(shù)據(jù)組成的標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu)可有效地將數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)與采集信號(hào)分離，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3測(cè)試結(jié)果及分析

將設(shè)置好的數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖5a）下發(fā)至信號(hào)源模塊，再以200Mbps的速率通過(guò)模擬量采集模塊讀回后進(jìn)行數(shù)據(jù)分離、顯示。從讀回的數(shù)據(jù)中可看出模擬量采集模塊所上傳數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)頭及標(biāo)識(shí)尾（見(jiàn)圖5b），將打包數(shù)據(jù)進(jìn)行分包解析后，顯示出如圖5c的模擬量采集重現(xiàn)波形，與所設(shè)置波形、頻率、幅值、偏置值相一致。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，本文中所研究的基于LVDS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信號(hào)采集系統(tǒng)工作可靠，通信協(xié)議在降低冗余性的基礎(chǔ)上保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕欢?a href="http://www.pamakids.com/gongchengzazhi/jdjszz/647069.html" target="_blank">模塊化的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與專用采集系統(tǒng)相比，不僅繼承實(shí)時(shí)性強(qiáng)、易調(diào)試及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，而且在通用性以及設(shè)計(jì)靈活性上都有所提高。

作者：陳昱同羅貴隆單位：山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院