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CN105389286A - 一种biss c协议数据采集及显示装置 - Google Patents

一种biss c协议数据采集及显示装置 Download PDF

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CN105389286A
CN105389286A CN201510715943.7A CN201510715943A CN105389286A CN 105389286 A CN105389286 A CN 105389286A CN 201510715943 A CN201510715943 A CN 201510715943A CN 105389286 A CN105389286 A CN 105389286A
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dsp
fpga
display
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CN201510715943.7A
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孙航
韩红霞
曹立华
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Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
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    • G06F13/42—Bus transfer protocol, e.g. handshake; Synchronisation
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Abstract

本发明涉及一种BISS？C协议数据采集及显示装置，包括：编码器数据接收及显示板，电源和显示屏；所述电源能够对编码器数据接收及显示板进行供电；所述显示屏用于对编码器数据接收及显示板输出的数据进行显示；所述编码器数据接收及显示板包括：DSP和FPGA，外部FLASH，接口芯片，通讯芯片等。本发明采用“DSP+FPGA”的硬件组合方式，与BISS？C模式数据的绝对式编码器进行数据交换，FPGA实现整体逻辑和时序的控制并配置DSP的各个中断，DSP实现数据的交换与处理，使得逻辑单元分工明确，而且简化了控制程序，提高了数据交换的速度和精确度。

Description

一种BISS C协议数据采集及显示装置
技术领域
本发明涉及数据传输协议技术领域，特别涉及一种BISSC协议数据采集及显示装置。
背景技术
BISSC是一种特殊的数据传输协议，是一种绝对式编码器与外部系统进行数据交换的数据格式。BISSC模式是一种用于编码器采集位置数据的快速同步串行接口，它是一种主-从接口。主接口控制位置获取时序和数据传输速度，而编码器为从接口，接口之间由两对单向差分线耦连接。基于BISSC模式的编码器采集及显示系统称为主接口，某型号绝对式编码器为从接口。主-从接口交换的两对数据分别称为MA和SLO，MA将位置采集请求和时序信息从主接口传输到编码器MA是从主接口传输至编码器的位置采集请求和时序信息；SLO将位置数据从编码器传输到与MA同步的主接口SLO是从编码器传输至主接口的与MA同步的位置数据信息。传输数据格式如图1所示。
BISSC模式典型的请求循环进程为：当空闲时，主接口使MA线保持高电平；编码器通过使SLO线保持高电平显示它已准备就绪；主接口通过开始在MA上传输时钟脉冲来请求位置采集；编码器通过将MA的第二上升沿的SLO线设为低电平做出响应；完成Ack周期后，编码器将数据传输到与时钟同步的主接口，如图1中所示；当所有数据都传送完毕，主接口停下时钟，将MA线设为高电平；如果编码器尚未准备进行下一个请求周期，它会将SLO线设为低电平即进入超时周期；当编码器准备进行下一请求周期时，它通过将SLO线设为高电平的方式提示主接口其准备完毕。
图1中SLO数据段中ACK是编码器读数头计算绝对位置的时间段。Start和“0”位为数据传输的起始标志，每个数据为时钟对应的1位数据，起始Start位始终为高电平，“0”位始终为低电平。位置数据为26或32位的二进制格式绝对位置数据，对于圆光栅编码器，每转正好有2n个脉冲，之后脉冲数溢出绕回到0点位置。Error为误差位，低电平有效，“1”表示结果正确，“0”表示内部检测失败。Warn为警告位，低电平有效，“0”表示应对光栅尺或读数窗口进行清洁。CRC为6位位置数据校验位，位置、错误及警告数据的CRC多项式为：x6+x1+x0，起始位和0位从CRC计算中忽略。Timeout为超时信息。另外主接口可以通过停止时钟或将MA设置为高电平的方式，在请求循环过程中随时重置光栅编码器。
目前存在的技术大部分是直接采用FPGA或DSP对BISSC数据进行接收，并不对其处理和显示；还没有如何对编码器进行置位的方法，另外也没有对采集到的编码器数据进行校验的分析过程。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种BISSC协议数据采集及显示装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种BISSC协议数据采集及显示装置，包括：
编码器数据接收及显示板，电源和显示屏；所述电源能够对编码器数据接收及显示板进行供电；所述显示屏用于对编码器数据接收及显示板输出的数据进行显示；
所述编码器数据接收及显示板包括：DSP和FPGA，外部存储FLASH，接口芯片，时钟芯片，通讯芯片，电源芯片；
DSP通过其GPIO与FPGA进行双向通讯，负责对编码器输出数据进行计算和处理，按照需要的数据格式向串行通讯芯片发送数据；
FPGA通过与DSP的双向数据交换，向编码器提供位置采集请求和时序信息MA，将编码器以BISS协议输出的位置采集数据SLO提供给DSP，同时FPGA进行时序及逻辑控制，根据时序需要进行串口芯片的读写控制，提供外围芯片的复位控制信号。
在上述技术方案中，所述DSP包括：
方位编码器，俯仰编码器，液晶屏控制及数据输出显示模块，外部FLASH控制及编程模块，以及外部烧写程序配置模块。
在上述技术方案中，所述DSP能够：
首先进行初始化，接着主程序开始，DSP按照中断最快以40μs为周期进行数据交换和处理，通过GPIO发送位置采集请求MA，并在MA高电平期间接收位置采集数据SLO，寄存器存储SLO数据，并根据BISS协议找到一帧数据开始位置并置标志位，接着将接收到的二进制数据进行计算并转换，以“度/分/秒”的形式进行输出，并将“度/分/秒”信息显示在液晶屏的相应位置。
在上述技术方案中，所述FPGA包括：
GPIO与MA/SLO对应逻辑模块，时序及逻辑控制模块，串口芯片读写控制模块，以及整体复位信号控制模块。
在上述技术方案中，所述FPGA能够：
定义输入输出信号，接着根据外部复位芯片MAX706的输出为整个系统提供复位信号，之后FPGA与DSP进行双向的数据交换，最快以40μs为周期，将DSP发出的位置采集请求和时序信息MA提供给编码器，将编码器按BISS协议输出的位置采集数据SLO提供给DSP，另外FPGA提供所有外围芯片的逻辑控制信号，并为DSP提供中断信号。
在上述技术方案中，所述外围芯片包括：异步串行通讯芯片，外部FLAH芯片、复位芯片。
在上述技术方案中，所述编码器为绝对式圆光栅编码器。
本发明具有以下的有益效果：
本发明采用“DSP+FPGA”的硬件组合方式，与BISSC模式数据的绝对式编码器进行数据交换，FPGA实现整理逻辑和时序的控制并配置DSP的各个中断，DSP实现数据的交换与处理，采用DSP的GPIO向编码器输出位置采集请求和时序控制信号MA，同样采用GPIO采集编码器输出的位置数据，这种采用“DSP+FPGA”的组合方式，不仅使得逻辑单元分工明确，而且简化了控制程序，提高了数据交换的速度和精确度。
本发明在与编码器进行数据交换的同时，增加了显示功能，对接收的位置数据进行处理，之后以“度/分/秒”的格式直观的将位置值显示在液晶显示屏上，可以使操作者直观的读出设备的当前方位值和俯仰值。
本发明具有置数功能，装置可与主控系统进行通讯，接收其传来的置数命令，在某个固定的位置接收修正值，并将其存在外部FLASH中，将编码器数据数值与修正值相减，可以得到设备的0点位置，以此为基准进行位置读取。
本发明对编码器的数据接收后，根据BISSC协议的内容，对数据进行了校验，通过校验，可以确定编码器的状态以及数据的正确与否，提高了数据采集的正确率和稳定性，同时可以及时发现编码器的问题，并尽快的解决，减少数据接收的错误率。
本发明的BISSC协议数据采集及显示装置已在工程实践中得到应用，数据采集稳定、显示直观。实践证明：基于BISSC模式的编码器数据采集及显示系统可以正确的与编码器进行数据交换，并实时显示目标的方位值和俯仰值，工作稳定，具有较强的工程实践意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为BISSC模式数据格式示意图。
图2为BISSC模式圆光栅编码器数据接收显示系统整体结构图。
图3为编码器数据接收及显示板硬件结构图。
图4为FPGA程序流程示意图。
图5为DSP主程序流程示意图。
图6为BISS协议数据接收及显示试验结构示意图。
图7为SignalTap采集BISS协议数据示意图。
图8为液晶屏显示方位、俯仰值示意图。
图9为BISSC模式的绝对式编码器数据采集及显示装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
绝对式轴角编码器是目前常用于光电跟踪设备中的测角元件，用于测量跟踪目标的方位值和俯仰值。绝对式轴角编码器采用串行接口与数据接收系统交换数据，数据格式采用BISSC模式。
本发明的BISSC协议数据采集及显示装置，采用“DSP+FPGA”的方式，与绝对式轴角编码器进行数据交换，编译其输出的角度码值，对数据进行校验，并进行处理，以“度/分/秒”的格式将采集到方位值和俯仰值采用液晶屏进行显示，直观的得到目标的角度信息，这种装置可以广泛的应用于光电跟踪测量设备中，实时与轴角测量编码器进行数据交换。
根据BISSC协议的内容，在“DSP+FPGA”的硬件结构基础上，采用Verilog语言对FPGA编程，采用C语言对DSP进行编程，与编码器进行数据交换并对数据进行校验和处理，以“度/分/秒”形式将目标的方位值和俯仰值显示在液晶屏上。系统包括圆光栅编码器，数据接收及显示板和一个触摸式液晶屏，圆光栅编码器数据接收及显示板卡作为主设备，绝对式圆光栅编码器作为从设备，液晶屏作为显示接口。
如图2所示，编码器数据接收及显示系统作为主设备，圆光栅编码器作为从设备，主设备为从设备供电，并提供位置采集请求和时序信息MA，从设备编码器接收到MA信号后，向主设备提供与MA时钟信号同步的位置采集数据SLO。另外，主设备还通过串行通讯接口，编程实现对液晶屏的控制及数据输出，实时的在液晶屏上以“度/分/秒”的格式显示目标的方位值和俯仰值。
基于BISSC模式的编码器数据接收及显示板卡在硬件设计上采用FPGA+DSP为主体，外扩FLASH、串行接口及信号格式转换等芯片的结构，实现编码器数据的接收、编码及显示功能。
如图3所示，DSP作为圆光栅编码器数据接收及显示系统的核心器件，通过其GPIO与FPGA进行双向通讯，负责对编码器输出数据进行计算和处理，按照需要的数据格式向串行通讯芯片发送数据，进而将采集到的角度值以“度/分/秒”的格式显示在液晶屏上。FPGA作为逻辑控制的核心器件，通过与DSP的双向数据交换，向编码器提供位置采集请求和时序信息MA，将编码器以BISS协议输出的位置采集数据SLO提供给DSP，同时FPGA进行整个系统的时序及逻辑控制，根据时序需要进行串口芯片的读写控制，提供其它外围芯片的复位控制信号。DSP外部FLASH为程序存储芯片。外部串口芯片TL16C554通过接口芯片与液晶屏进行数据交换，并与其它系统进行串行数据的交换。
基于BISSC协议的编码器数据接收及显示系统软件设计分两部分，一部分为FPGA程序设计，一部分为DSP程序设计。FPGA主要实现逻辑控制、复位及中断处理等功能。DSP主要实现编码器数据的接收与处理及液晶显示等功能。图4和图5分别给出FPGA程序流程示意图和DSP主程序流程示意图。
如图4所示，FPGA程序首先定义输入输出信号，接着根据外部复位芯片MAX706的输出为整个系统提供复位信号，之后FPGA与DSP进行双向的数据交换，最快以40μs为周期，将DSP发出的位置采集请求和时序信息MA提供给编码器，将编码器按BISS协议输出的位置采集数据SLO提供给DSP，另外FPGA提供所有外围芯片的逻辑控制信号，并为DSP提供中断信号。
如图5所示，DSP程序开始首先进行初始化，接着主程序开始，DSP按照中断最快以40μs为周期进行数据交换和处理，通过GPIO发送位置采集请求MA，并在MA高电平期间接收位置采集数据SLO，寄存器存储SLO数据，并根据BISS协议找到一帧数据开始位置并置标志位，接着将接收到的二进制数据进行计算并转换，以“度/分/秒”的形式进行输出，并将“度/分/秒”信息显示在液晶屏的相应位置。
进一步的，本发明对基于BISSC协议的编码器数据接收及显示系统进行试验，采用绝对式圆光栅编码器采集转台的方位值和俯仰值，并以“度/分/秒”的形式在液晶屏上显示角度值。图6给出试验结构框图。
试验中，编码器安装于可做方位和俯仰旋转运动的转台上，数据接收及显示板卡接收其输出数据，并以“度/分/秒”的格式进行显示。编码器数据接收及显示板与圆光栅编码器之间最快以40μs为周期进行数据交换，试验中MA采用2M的时钟频率，编码器在有效时钟高电平期间回复位置数据SLO。图7给出采用SignalTap工具采集的时钟MA及数据SLO，根据BISS协议对数据进行分析。
从图7中分析，数据段有36个有效数据，对于26位的编码器，根据图1所示Biss协议：数据位＝1位“Start”+1位“0”+26位“Position”+1位“Error”+1位“Warn”+6位“CRC”＝36位数据，根据图7读出36位数据为
“1|0|10000101001001101100000110|1|1|100101”。根据BISS协议可知：
1.前两位“10”为起始位“Start”位和其后的“0”，作为数据的帧头
2.有效数据位“Position”为“10000101001001101100000110”
3.其后两位“11”为“Error”位和“Warn”位
4.最后六位“100101”为“CRC(6-bit)”校验位
根据BISS协议，误差位“1”表示传输的位置信息已被读数头的内置安全校验算法校验；警告位也是低电平有效，“1”表示光栅尺及读数窗口清洁。这样即可说明编码器此时的工作状态良好。位置、错误及警告数据的CRC多项式为：x6+x1+x0，起始位和“0”位从CRC计算中忽略。由上文可知SLO读数的位置、错误及警告数据x＝“1000010100100110110000011011”，对其进行“x6+x1+x0”多项式计算，得到的结果取低六位为“100101”，与采集数据得到的CRC校验位相同，这样说明采集的数据有效、正确。
另外编码器数据接收及显示系统以50Hz的频率与液晶屏进行数据交换，以“度/分/秒”的格式显示方位值与俯仰值，图8给出液晶显示示意图。
如图8所示，编码器数据接收及显示板将接收到的位置采集数据SLO进行处理和计算后，通过串口芯片发送给液晶显示系统，液晶屏以“度/分/秒”的形式对角度值进行直观的显示，数据刷新率为50Hz。
如图9所示，BISSC模式的绝对式编码器数据采集及显示装置主要包括三部分的内容，分别是BISSC模式的绝对式编码器数据采集及显示电路板，电路板的外部供电电源和用于显示角度值的液晶显示屏。BISSC模式的绝对式编码器数据采集及显示电路板与绝对式圆光栅编码器进行数据交换，电路板按照BISSC协议向圆光栅编码器发送驱动信号，控制位置获取时序和数据传输速度；同时接收圆光栅编码器按照BISSC协议传回的位置测量数据，对其进行处理和运算，并将处理后的数据提供给其它分系统，同时按照“度/分/秒”格式将采集到的角度值显示在液晶屏上。液晶显示屏是信息的显示装置，按照电路板发来的命令，在相应的位置上以“度/分/秒”格式显示出编码器采集到的角度值。外部供电模块是220V转5V的电源模块，将220V电压转换为5V电压，提供给BISSC模式的绝对式编码器数据采集及显示电路板。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，包括：
编码器数据接收及显示板，电源和显示屏；所述电源能够对编码器数据接收及显示板进行供电；所述显示屏用于对编码器数据接收及显示板输出的数据进行显示；
所述编码器数据接收及显示板包括：DSP和FPGA、外部FLASH、接口芯片、晶振、电源芯片；
DSP通过其GPIO与FPGA进行双向通讯，负责对编码器输出数据进行计算和处理，按照需要的数据格式向串行通讯芯片发送数据；
FPGA通过与DSP的双向数据交换，向编码器提供位置采集请求和时序信息MA，将编码器以BISS协议输出的位置采集数据SLO提供给DSP，同时FPGA进行时序及逻辑控制，根据时序需要进行串口芯片的读写控制，提供外围芯片的复位控制信号。
2.根据权利要求1所述的BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，所述DSP包括：
方位编码器数据处理模块，俯仰编码器数据处理模块，液晶屏控制及数据输出显示模块，外部FLASH控制及编程模块，以及外部烧写程序配置模块。
3.根据权利要求2所述的BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，所述DSP能够：
首先进行初始化，接着主程序开始，DSP按照中断最快以40μs为周期进行数据交换和处理，通过GPIO发送位置采集请求MA，并在MA高电平期间接收位置采集数据SLO，寄存器存储SLO数据，并根据BISS协议找到一帧数据开始位置并置标志位，接着将接收到的二进制数据进行计算并转换，以“度/分/秒”的形式进行输出，并将“度/分/秒”信息显示在液晶屏的相应位置。
4.根据权利要求1所述的BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，所述FPGA包括：
GPIO与MA/SLO对应逻辑模块，时序及逻辑控制模块，串口芯片读写控制模块，以及整体复位信号控制模块。
5.根据权利要求4所述的BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，所述FPGA能够：
定义输入输出信号，接着根据外部复位芯片MAX706的输出为整个系统提供复位信号，之后FPGA与DSP进行双向的数据交换，最快以40μs为周期，将DSP发出的位置采集请求和时序信息MA提供给编码器，将编码器按BISS协议输出的位置采集数据SLO提供给DSP，另外FPGA提供所有外围芯片的逻辑控制信号，并为DSP提供中断信号。
6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，所述外围芯片包括：异步串行通讯芯片。
7.根据权利要求1-5中的任意一项所述的BISSC协议数据采集及显示装置，其特征在于，所述编码器为绝对式圆光栅编码器。
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