一種異步串行物理變形信號的識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)DCS(分布式控制）系統(tǒng)信息處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及異步串行物理變 形信號的識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境情況復(fù)雜，由于大型電機等設(shè)備的影響，以及分布式遠距離的走線 影響，通信信號質(zhì)量極易受到干擾而出現(xiàn)較大的變形，如何快速準確的識別和接收現(xiàn)場控 制數(shù)據(jù)，對分布式控制系統(tǒng)來說意義重大。
[0003] 現(xiàn)有的RS485通信的物理層識別技術(shù)較好的適應(yīng)了工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，理論上能達 到12M的通信速率。但實際上由于在12M時通信距離太短，往往不到100米，且單片機的系 統(tǒng)時鐘達不到要求的192M，所以很少能達到這個速率。而且采用16倍過采樣，采樣率高，對 接收端系統(tǒng)時鐘頻率要求高，在12M通信速率時、16倍過采樣要求接收端采樣時鐘要達到 192M，對普通單片機來說難以達到。對于信號變形的容忍度不夠：對于較差干擾環(huán)境、較遠 距離和無中繼的通信情況下，信號質(zhì)量很差，中間連續(xù)3次采樣、數(shù)據(jù)不同的概率比較大， 特別是中心點兩側(cè)的采樣數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)不能正確識別。同時由于異步通信的時鐘頻率差 另IJ，和采用字節(jié)起始位置對齊的方法，最后的停止位最容易由于累積誤差而出現(xiàn)采樣錯誤， 而此時數(shù)據(jù)雖然已經(jīng)正確接收，但停止位錯誤會造成數(shù)據(jù)的接收判斷錯誤，從而導(dǎo)致接收 失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種應(yīng)用于DCS系統(tǒng)的寬容忍度的異步串行物理變形信號的識別方 法，降低成本，提高了接收數(shù)據(jù)正確率，擴大了應(yīng)用范圍。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種異步串行物理變形信號的識別方法，所 述方法采用6倍過采樣恢復(fù)異步數(shù)據(jù)，以6倍于輸入異步數(shù)據(jù)的時鐘采樣輸入數(shù)據(jù)，兩個時 鐘互為異步時鐘，數(shù)據(jù)格式包括起始位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位，其特征在于方法包括以 下步驟：
[0006] Sl初始態(tài)，根絕數(shù)據(jù)下降沿跳變識別數(shù)據(jù)起始位，每個字節(jié)開始時均有一個數(shù)據(jù) 起始位；
[0007] S2起始位判斷，持續(xù)4個采樣周期連續(xù)確認數(shù)據(jù)起始位是否有效，一旦所述起始 位確認有效，則鎖定后續(xù)輸入數(shù)據(jù)的理論中心位置，所述起始位有效則在完成6次過采樣 后轉(zhuǎn)入S3,無效則轉(zhuǎn)入Sl ;
[0008] S3接收數(shù)據(jù)位判斷，在時鐘對齊后的理論數(shù)據(jù)中心位置采樣數(shù)據(jù)位，判斷是否完 成所述數(shù)據(jù)位的接收，完成則轉(zhuǎn)入S4,否則繼續(xù)接收；
[0009] S4接收校驗位判斷，在時鐘對齊后的理論中心位置采樣所述校驗位，判斷是否完 成所述校驗位的接收，完成則轉(zhuǎn)入S5,否則繼續(xù)接收；
[0010] S5停止位自動跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到S1，等待識別下一字節(jié)的數(shù)據(jù)起始位。
[0011] 其中，所述起始位為1位，所述數(shù)據(jù)位為8位，所述校驗位為1位，所述停止位為 1/2 ~3/2 位。
[0012] 其中，所述起始位固定為0,停止位固定為1。
[0013] 采用本發(fā)明的異步串行物理變形信號的識別方法，降低接收端對系統(tǒng)時鐘頻率的 過高要求，以便降低成本。采用6倍過采樣，大幅降低接收端系統(tǒng)時鐘頻率。在保持12M通 信速率的情況下，可將接收端采樣時鐘由192M降低到72M，滿足普通單片機的速度要求。解 決由停止位錯誤而帶來的數(shù)據(jù)接收錯誤問題，提高接收數(shù)據(jù)正確率。在保證數(shù)據(jù)能正確接 收的情況下，允許更大的信號變形，可容忍數(shù)據(jù)兩側(cè)多達40%的數(shù)據(jù)變形，在不需要信號中 繼的情況下、以適應(yīng)更差的干擾環(huán)境和更遠的距離通信。
[0014] 說明書附圖
[0015] 圖1數(shù)據(jù)格式
[0016] 圖2本發(fā)明的流程圖
[0017] 圖3理想情況下的輸入數(shù)據(jù)和本地時鐘的對應(yīng)圖
[0018] 圖4輸入數(shù)據(jù)的速率快于采集時鐘的1/6，并超過5 %時輸入數(shù)據(jù)和本地時鐘的對 應(yīng)圖
[0019] 圖5輸入數(shù)據(jù)的速率慢于采集時鐘的1/6,并超過5 %時輸入數(shù)據(jù)和本地時鐘的對 應(yīng)圖
[0020] 圖6輸入數(shù)據(jù)兩側(cè)均嚴重變形達到42 %時輸入數(shù)據(jù)和本地時鐘的對應(yīng)圖 具體實施例
[0021] 為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和具 體實施方式，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解的是，本說明書中描述的具體實施方 式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明可以基于簡單的單片機、CPLD、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列）來實現(xiàn)，識別方 法采用6倍過采樣恢復(fù)異步數(shù)據(jù)，以6倍于輸入異步數(shù)據(jù)的時鐘采樣輸入數(shù)據(jù)，兩個時鐘互 為異步時鐘；數(shù)據(jù)以如下格式組織傳輸：1位起始位+8位數(shù)據(jù)位+1位校驗位+ (1/2~3/2) 位停止位其中：起始位固定為0、停止位固定為1。為提高效率、停止位可以縮減到1/2位的 寬度。以下舉例以1位停止位為例，1/2和3/2位的情況在本方法中只是停止位寬度的伸 縮，不影響數(shù)據(jù)的有效接收。數(shù)據(jù)格式如圖1所示。
[0023] 本發(fā)明的流程圖如圖2所示，識別方法的具體步驟為：
[0024] Sl初始態(tài)，根絕數(shù)據(jù)下降沿跳變識別數(shù)據(jù)起始位，每個字節(jié)開始時均有一個數(shù)據(jù) 起始位；
[0025] S2起始位判斷，持續(xù)4個采樣周期連續(xù)確認數(shù)據(jù)起始位是否有效，一旦所述起始 位確認有效，則鎖定后續(xù)輸入數(shù)據(jù)的理論中心位置，距離起始位下降沿跳變后9個時鐘周 期為第一位數(shù)據(jù)的理想采集位置、以后每隔6個時鐘周期為下一位數(shù)據(jù)或校驗位的理想采 集位置，數(shù)據(jù)的值為理想采集位置采集到的數(shù)據(jù)。所述起始位有效則在完成6次過采樣后 轉(zhuǎn)入S3,無效則轉(zhuǎn)入Sl ;
[0026] S3接收數(shù)據(jù)位判斷，在時鐘對齊后的理論數(shù)據(jù)中心位置采樣數(shù)據(jù)位，判斷是否完 成所述數(shù)據(jù)位的接收，完成則轉(zhuǎn)入S4,否則繼續(xù)接收；
[0027] S4接收校驗位判斷，在時鐘對齊后的理論中心位置采樣所述校驗位，判斷是否完 成所述校驗位的接收，完成則轉(zhuǎn)入S5,否則繼續(xù)接收；
[0028] S5停止位自動跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到S1，等待識別下一字節(jié)的數(shù)據(jù)起始位。
[0029] 上述流程圖對應(yīng)的程序代碼描述如下：
【主權(quán)項】
1. 一種異步串行物理變形信號的識別方法，所述方法采用6倍過采樣恢復(fù)異步數(shù)據(jù)， 以6倍于輸入異步數(shù)據(jù)的時鐘采樣輸入數(shù)據(jù)，兩個時鐘互為異步時鐘，數(shù)據(jù)格式包括起始 位、數(shù)據(jù)位、校驗位和停止位，其特征在于方法包括以下步驟： Sl初始態(tài)，根據(jù)數(shù)據(jù)下降沿跳變識別數(shù)據(jù)起始位，每個字節(jié)開始時均有一個數(shù)據(jù)起始 位； S2起始位判斷，持續(xù)4個采樣周期連續(xù)確認數(shù)據(jù)起始位是否有效，一旦所述起始位確 認有效，則鎖定后續(xù)輸入數(shù)據(jù)的理論中心位置，所述起始位有效則在完成6次過采樣后轉(zhuǎn) 入S3,無效則轉(zhuǎn)入Sl; S3接收數(shù)據(jù)位判斷，在時鐘對齊后的理論數(shù)據(jù)中心位置采樣數(shù)據(jù)位，判斷是否完成所 述數(shù)據(jù)位的接收，完成則轉(zhuǎn)入S4,否則繼續(xù)接收； S4接收校驗位判斷，在時鐘對齊后的理論中心位置采樣所述校驗位，判斷是否完成所 述校驗位的接收，完成則轉(zhuǎn)入S5,否則繼續(xù)接收； S5停止位自動跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到S1，等待識別下一字節(jié)的數(shù)據(jù)起始位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始位為1位，所述數(shù)據(jù)位為8位，所 述校驗位為1位，所述停止位為1/2~3/2位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述起始位固定為0,停止位固定為1。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種異步串行物理變形信號的識別方法，采用6倍過采樣恢復(fù)異步數(shù)據(jù)，以6倍于輸入異步數(shù)據(jù)的時鐘采樣輸入數(shù)據(jù)，大幅降低接收端系統(tǒng)時鐘頻率。提高了接收數(shù)據(jù)正確率，解決由停止位錯誤而帶來的數(shù)據(jù)接收錯誤問題。在保證數(shù)據(jù)能正確接收的情況下，允許更大的信號變形在不需要信號中繼的情況下、以適應(yīng)更差的干擾環(huán)境和更遠的距離通信。
【IPC分類】H04L1-00, G05B19-418, G06F13-38
【公開號】CN104796231
【申請?zhí)枴緾N201510221686
【發(fā)明人】陳乃奎, 齊敏, 張春雷, 黃松
【申請人】北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司, 中國廣核集團有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月5日