总线监视模块[5]的实现 - 通信技术在三坐标测量系统中的应用

　　①总线监视模块[5]的实现

　　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进行仿真，得到波形如图3：

 

 

 

　　②I2C发送模块[6]的FPGA实现

　　发送模块主要实现对数据的发送；首先发送地址，发送完地址后，等待应答信号，如果没有响应，则放弃总线；如果出现响应，I2C发送模块输出RAM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发送模块进行仿真如图4。

 

 

 

　　I2C_outScl：发送时钟；I2C_inScl：检测时钟

　　I2C_outSda：发送数据；I2C_inSda：检测数据

　　desAddr:目的地址；msgData：发送数据

　　RAM_Addr:RAM的地址信号。

　　③I2C接收模块[7]的FPGA实现

　　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接收模块进行仿真如图4。

　　I2CbusIsBusy：总线状态；I2C_start：起始信号

　　myAddr：电路板的地址； rxBuf：接收寄存器

　　rxFIFO_wr：接收FIFO的写信号

　　3、通讯协议

　　上位机和桥接板之间采用RS232总线进行数据传输，桥接卡和控制卡以及各个控制卡之间采用I2C总线进行数据的传输，通讯采用主叫和应答方式,数据传输中使用单片机进行解码[8]。

　　主叫方发出指令后，等待对方响应，如果主叫方写指令到被叫方，则被叫方收到指令执行操作后返回确认信号；如果从主叫方读指令，则被叫方在下一时刻占用总线后发送数据到主叫方，主叫方在0.5s内没有收到响应包，表明传输失败。若连续3次没有响应，则与对方通信连接失败。

　　为了实现数据的一致性，RS-232和Ｉ２Ｃ总线采用相同的通信协议。

　　数据传输时以“包”进行封装，中间加入长度位和奇偶校验位。封装格式：起始字符+长度字符 +序列号+源地址+目的地址包类型+传输数据+包校验+结束字符；数据传输均采用ASCII码。

　　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。