通信技術(shù)在三坐標(biāo)測量系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　③I2C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)送來的起始位信號后，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(jìn)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(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(rèn)信號；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(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，中間加入長度位和奇偶校驗(yàn)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(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)開始傳輸；長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)行對應(yīng)操作；傳輸數(shù)據(jù)：控制量的大??；包校驗(yàn)：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(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,對數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，長度位和校驗(yàn)位正確時(shí)執(zhí)行指令，否則，放棄改數(shù)據(jù)包。

　　4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　使用該通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和四控制卡之間的通訊控制，使用串口助手進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，在發(fā)送數(shù)據(jù)間隔為5us的情況下對該通訊系統(tǒng)進(jìn)行測試，在進(jìn)行8小時(shí)的測試中，系統(tǒng)沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、錯(cuò)誤、死機(jī)現(xiàn)象；使用廣播地址進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，返回信號正確，沒出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。

　　使用該通訊系統(tǒng)對四個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，電機(jī)實(shí)際輸出情況如表1：

　　本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了該通訊系統(tǒng)的可用性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

　　使用該系統(tǒng)采用廣播地址實(shí)現(xiàn)四個(gè)電機(jī)同步聯(lián)動(dòng)，各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)情況如表2：

　　本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了各個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了指定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；各個(gè)軸運(yùn)動(dòng)期間，電機(jī)的狀態(tài)經(jīng)過I2C總線[9]及RS-232總線通訊系統(tǒng)成功的發(fā)送到了上位機(jī)，通訊系統(tǒng)沒有出現(xiàn)死機(jī)和數(shù)據(jù)丟失，經(jīng)過該實(shí)驗(yàn)，證明了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

　　4、結(jié)論

　　本系統(tǒng)采用FPGA進(jìn)行通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了數(shù)據(jù)的傳輸率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了對控制機(jī)構(gòu)及時(shí)、快速的控制，有效防止突發(fā)事件的處理，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸，可以有效快速的實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的速度、位置控制、準(zhǔn)確的讀取電機(jī)的編碼器信號。