LVDS的模塊化測控系統(tǒng)設(shè)計

LVDS的模塊化測控系統(tǒng)設(shè)計

《機(jī)電技術(shù)雜志》2023年其次期

1接口設(shè)計

作為高速傳輸方式，LVDS接口在應(yīng)用中的關(guān)鍵問題是如何保證其信號的完整性。1）模塊間數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計。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)送端采納LVDS串化器將數(shù)據(jù)以高速串行數(shù)據(jù)方式發(fā)送，接收端采納相對應(yīng)的LVDS解串器將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)展串/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)長線傳輸接口設(shè)計。由于中心節(jié)點模塊與上位機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸距離較遠(yuǎn)，為抵消LVDS長線傳輸?shù)男盘査p，需在信號發(fā)送端對信號進(jìn)展驅(qū)動，并在信號接收端對信號進(jìn)展均衡以降低信號失真和畸變。長線傳輸簡單使數(shù)據(jù)收發(fā)兩端由于地電勢差產(chǎn)生直流電，因此在差分信號輸出端需采納隔直電容進(jìn)展溝通耦合。同時，采納一對相當(dāng)于傳輸線1/2的電阻進(jìn)展差分信號傳輸?shù)脑炊似ヅ洹?/p>

2系統(tǒng)信號傳輸協(xié)議設(shè)計

2.1傳輸協(xié)議模型設(shè)計為削減傳輸中的冗余數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)中未采納標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，僅保存了物理層、傳輸層及應(yīng)用層。分析本測試系統(tǒng)所需完成的功能，在設(shè)計中提出了如圖2所示的傳輸協(xié)議模型。圖2信號采集系統(tǒng)傳輸協(xié)議模型物理層：即接口層，用于實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與傳輸媒質(zhì)的連接，LVDS接口芯片可自動完成LVDS信號編碼/解碼、串/并（并/串）轉(zhuǎn)換及信號同步。傳輸層：功能模塊在傳輸層中將采集到的信號建幀上傳至中心節(jié)點模塊，并判定由中心節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的上位機(jī)指令是否指向本模塊。中心節(jié)點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)流尋址掌握功能。應(yīng)用層：對接收到的指令及采集數(shù)據(jù)進(jìn)展處理，執(zhí)行各功能模塊的專屬任務(wù)。各功能模塊在應(yīng)用層所需完成的詳細(xì)功能有所不同。

2.2數(shù)據(jù)傳輸幀構(gòu)造上位機(jī)對各獨立模塊進(jìn)展的指令掌握及數(shù)據(jù)傳輸都是通過中心節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的，中心節(jié)點模塊承受上位機(jī)掌握，因此上位機(jī)占用傳輸線下發(fā)指令及數(shù)據(jù)的優(yōu)先級高于各功能模塊通過中心節(jié)點向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)懇求的級別。1）上位機(jī)向?qū)崟r測控系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)構(gòu)造。上位機(jī)向?qū)崟r測試系統(tǒng)下發(fā)數(shù)據(jù)構(gòu)造如圖3所示。其中，在向某一功能模塊下發(fā)第一輪數(shù)據(jù)前參加目標(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)送前都加有掌握指令、數(shù)據(jù)頭標(biāo)識，而在數(shù)據(jù)幀尾部參加數(shù)據(jù)尾標(biāo)志，參加這些標(biāo)志的目的均為進(jìn)一步確保數(shù)據(jù)的勝利接收，提高數(shù)據(jù)傳輸及接收的牢靠性。中心掌握模塊對上位機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)中的目標(biāo)指令局部進(jìn)展推斷，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)模塊對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)展判定，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）測控系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)構(gòu)造。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數(shù)據(jù)進(jìn)展編幀處理，以供上位機(jī)對每一路數(shù)據(jù)進(jìn)展識別（見圖4）。各信號采集模塊對采集數(shù)據(jù)進(jìn)展循環(huán)讀數(shù)，每讀取一輪數(shù)據(jù)后增加幀計數(shù)及幀標(biāo)識，再經(jīng)中心節(jié)點模塊打包上傳。上位機(jī)通過對數(shù)據(jù)幀長度、幀計數(shù)及幀標(biāo)識的推斷，即可判定數(shù)據(jù)是否完整并計算出信號采集的時間。系統(tǒng)上電后信號采集模塊開頭進(jìn)展幀計數(shù)，頻率為1kHz，則32位的幀計數(shù)可供應(yīng)時長為4194304s的計數(shù)時間，數(shù)據(jù)采集時間=幀計數(shù)時間+上電時間。幀標(biāo)識的作用為標(biāo)識一個數(shù)據(jù)幀的完畢，以較小的數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)展數(shù)據(jù)發(fā)送有助于過失掌握。各信號采集模塊經(jīng)由中心節(jié)點模塊向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)時使用同一條傳輸通道，因此，中心節(jié)點模塊在傳輸層需將各功能模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)展打包，在上傳數(shù)據(jù)包的前端及尾端增加不同的標(biāo)識頭及標(biāo)志尾，以供上位機(jī)推斷數(shù)據(jù)來源模塊。

2.3過失掌握假如采集數(shù)據(jù)中消失了與標(biāo)識頭或標(biāo)識尾一樣的數(shù)據(jù)，且兩者間隔恰好與數(shù)據(jù)幀長度一樣，則可能消失誤推斷，提取錯誤的采集量信息。因此中心模塊上傳數(shù)據(jù)時采納8字節(jié)急變數(shù)據(jù)作為標(biāo)識頭及標(biāo)識尾，從而與系統(tǒng)所需采集的緩變信號形成反差，降低誤推斷的概率。如：模擬采集量的包頭采納ABAB4545ABAB4545作為標(biāo)識頭，在16位信號中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)消失的概率低，同理在包尾采納5454BABA5454BABA作為標(biāo)識尾，這樣，兩組數(shù)據(jù)組成的標(biāo)識構(gòu)造可有效地將數(shù)據(jù)標(biāo)識與采集信號分別，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦慰啃浴?/p>

3測試結(jié)果及分析

將設(shè)置好的數(shù)據(jù)（見圖5a）下發(fā)至信號源模塊，再以200Mbps的速率通過模擬量采集模塊讀回后進(jìn)展數(shù)據(jù)分別、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)識頭及標(biāo)識尾（見圖5b），將打包數(shù)據(jù)進(jìn)展分包解析后，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、偏置值相全都。由試驗結(jié)果得知，本文中所討論的基于LVDS拓?fù)錁?gòu)造的信號采集系統(tǒng)工作牢靠，通信協(xié)議在降低冗余性的根底