CN102098055A - 一种数据波特率自适应数模转换装置 - Google Patents

Abstract

一种数据波特率自适应数模转换装置，包含若干并行收发器，对应接收波特率不同的若干路非标准RS485差分信号，并转换成TTL信号；数据隔离器，对TTL信号进行隔离后输出；CPLD数据处理模块，对隔离后的TTL信号的不同波特率进行同步和数据解码；若干并行数模转换器，对解码后的数据进行数模转换。本发明以可编程器件CPLD数据处理模块为核心，解决了不同波特率的多路非标准RS485信号的采样和解码辨识，扩大了信号的输入范围。利用CPLD数据处理模块的并行处理结构，方便扩展输入信号的路数，提高了数据处理的实时效率，配合多个数模转换器，进一步实现了多路数字信号到模拟信号的转换，本发明自适应性强、集成度高、稳定可靠、设备成本低并且使用方便。

Description

一种数据波特率自适应数模转换装置

技术领域

本发明涉及一种数模转换装置，特别涉及能够对非标准RS485信号进行采集及数模转换的一种数据波特率自适应数模转换装置。

背景技术

RS485作为一种串行接口标准，具有抑制共模干扰的能力。具体地，使用一对双绞线进行差分传输：将其中一线定义为A，另一线定义为B；通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，对应着逻辑状态‘1’；负电平在-2V～-6V，对应着逻辑状态‘0’。

RS485的编码方式，优点是简单高效，配合高灵敏度的总线收发器，能检测低至200mV的电压，使以RS485标准传输的信号能在千米以外得到恢复，在信号传输中得到广泛的应用。但是在信号传输中也存在着一些缺点，如不能携带时钟同步信号以及存在直流分量等。

为了解决这些问题，现有一些设备对传输数据信号采用新的数据编码方式，例如曼切斯特编码，用电压跳变的不同来区分1和0。由于在每一个码元的中间都发生跳变，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，同时也有效地避免了直流分量，提高了数据传输的可靠性。但是，对于这些编码的解码则较为麻烦。

因此，目前还有一些传感器，采用了一种新的非标准RS485信号传输方式，该信号的编码方式类似于曼切斯特编码，但与曼切斯特编码却又不同。非标准RS485信号的每一个信号中间都发生由‘1’向‘0’的跳变，采用电压跳变时间的不同来区分‘1’和‘0’：每个码元中如果在3/4处发生跳变，则该信号为‘1’（以下简称“非标‘1’”），在1/4处发生跳变则该信号为‘0’（以下简称“非标‘0’”）。这些信号的协议格式类似于RS485协议，但与标准的485信号格式不同的是若传输n位数据，则用连续n位非标‘1’加1位非标‘0’作为信号的起始位。

这些设备的非标准RS-485信号往往还具有不同的数据位以及不同的波特率（一般在500Khz至1Mhz之间）。然而，常规的方法只能机械的针对单独一种波特率及数据格式进行解码识别，无法对输入的波特率及格式进行自适应识别解码，给后端的数模转换及采集带来了很大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据波特率自适应数模转换装置，可对多路不同波特率的非标准RS485信号进行解码识别，并能对得到的有效数据进行多路数模转换；同时基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的解决方案便于系统集成化，大大降低系统的开发成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种数据波特率自适应数模转换装置，包含：

若干并行的收发器，对应接收外部输入的波特率不同的若干路非标准RS485差分信号，并转换成若干路TTL信号；

数据隔离器，与所述若干收发器连接，对若干路所述TTL信号进行隔离后输出，使隔离后的所述TTL信号保留有所述非标准RS485差分信号的固有编码特征；

CPLD数据处理模块，与所述数据隔离器连接，对隔离后的所述若干路TTL信号的不同波特率进行同步并进行数据解码；

若干并行的数模转换器，与所述CPLD数据处理模块连接，对解码后的数据进行数模转换。

对应n路输入信号，所述CPLD数据处理模块中对应设置有n组并行的信号处理模块；每一路所述信号处理模块，进一步包含依次连接的波特率自适应与0/1识别子模块、数据解码子模块和写操作子模块。

所述波特率自适应与0/1识别子模块，对经过隔离的TTL信号进行波特率自适应，并对该TTL信号进行采样计数，输出具有统一速率的有效数据序列。

所述数据解码子模块接收所述有效数据序列，通过比对固有编码特征，得到有用数据。

所述写操作子模块控制所述有用数据的写时序，并把该有用数据输出至所述数模转换器。

所述数模转换器与所述写操作子模块通过串行接口连接；由所述写操作子模块输出的有用数据与写时钟驱动，所述数模转换器将所述有用数据转换成模拟信号输出。

与现有技术相比，本发明数据波特率自适应数模转换装置，以可编程器件CPLD数据处理模块为核心，解决了不同波特率的多路非标准RS485信号的采样和解码辨识，从而扩大了信号的输入范围。同时，利用CPLD数据处理模块的并行处理结构，可方便扩展输入信号的路数，提高了数据处理的实时效率，配合连接带串行接口的多个数模转换器，进一步实现了多路数字信号到模拟信号的转换，因而本发明具有自适应性强、集成度高、稳定可靠、设备成本低以及使用方便的有益效果，也为该类非标准RS485信号的后续数据采集的可靠实施提供了保障。

附图说明

图1是本发明数据波特率自适应数模转换装置的电路原理示意图；

图2是本发明数据波特率自适应数模转换装置中CPLD数据处理模块的其中一路信号处理模块的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所述数据波特率自适应数模转换装置，包含若干并行的收发器10、数据隔离器20、CPLD数据处理模块30和若干并行的数模转换器40，其依次连接，对非标准RS485差分信号进行解码及数模转换。

其中，对应接收外部输入的n路非标准RS485差分信号，设置有n个所述收发器10。所述n路非标准RS485差分信号具有不同的波特率，经过所述收发器10转换，得到n路TTL信号（晶体管-晶体管逻辑电平信号）的数据流，并一起输出至数据隔离器20。使用型号为isl83485的收发器10，其转换建立的最大时间为20ns。

所述数据隔离器20，单向输出至所述CPLD数据处理模块30，用于所述n路TTL信号与CPLD数据处理模块30之间的信号隔离，避免异常输入的RS485信号损坏所述CPLD数据处理模块30。使用型号为U16245的数据隔离器20，其转换建立的最大时间为30ns。

配合参加图1、图2所示，CPLD数据处理模块30，用于对输入的n路非标准RS485差分信号的波特率进行同步和数据解码。针对n路输入信号，CPLD数据处理模块30中对应设置有n组信号处理模块，该n组信号处理模块是相互独立且并行处理的。

所述CPLD数据处理模块30的每一路信号处理模块，进一步包含波特率自适应与0/1识别子模块31、数据解码子模块32和写操作子模块33。所述CPLD数据处理模块30使用Altera公司的EPM1270；所述三个子模块，可使用硬件可编程语言VHDL编写，基于Altera公司的Quartus II 8.0开发平台编译、综合、仿真，最后通过烧写器下载到所述CPLD数据处理模块30中运行；所述三个子模块之间是通过CPLD数据处理模块30的内部布线依次连接的。

具体地，经过数据隔离器20隔离后的TTL信号，保持其固有的编码特性，并输入至所述波特率自适应与0/1识别子模块31。该子模块对输入的TTL信号进行波特率自适应，从而保证了不同输入波特率的信号进入该子模块都可以工作。该子模块的第二个功能是从波特率自适应后的信号中提取得到信号高（‘1’）和信号低（‘0’）的有效数据序列。本发明中使用高频时钟源对信号进行采样计数，如果信号高计数值是信号低计数值的3倍，则该信号为‘1’，如果信号高计数值是信号低计数值的1/3，该信号为‘0’，从而得到有效数据序列。

有效数据序列输入到数据解码子模块32，该子模块主要完成数据的解码工作，即从有效数据序列得到有用数据。由于输入信号带有前导码，数据解码子模块32一一比对收到的前导码，如果一致，则把前导码后的12位有用数据送给写操作子模块33，如果比对不一致，则抛弃该组数据。

写操作子模块33，与后续数模转换器40的芯片相匹配，其以固定的速率把所述有用数据逐位依次输出给数模转换器40；如果有用数据没有变化，所述写操作子模块33则保持输出数据不变。

n路所述数模转换器40，分别通过串行接口与所述CPLD数据处理模块30连接；通过所述写操作子模块33输出的有用数据与写时钟驱动，由与其相对应的一路数模转换器40将所述有用数据转换成模拟信号输出。使用AD公司型号为DAC8512的芯片构成所述n路数模转换器40。

综上所述，本发明数据波特率自适应数模转换装置，以可编程器件CPLD数据处理模块为核心，解决了不同波特率的多路非标准RS485信号的采样和解码辨识，从而扩大了信号的输入范围。同时，利用CPLD数据处理模块的并行处理结构，可方便扩展输入信号的路数，配合连接串行接口的多个数模转换器，进一步实现数字信号到模拟信号的转换，提高了数据处理的实时效率，因而本发明具有自适应性强、集成度高、稳定可靠、设备成本低以及使用方便的有益效果，也为该类非标准RS485信号的后续数据采集的可靠实施提供了保障。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，包含：

若干并行的收发器（10），对应接收外部输入的波特率不同的若干路非标准RS485差分信号，并转换成若干路TTL信号；

数据隔离器（20），与所述若干收发器（10）连接，对若干路所述TTL信号进行隔离后输出，使隔离后的所述TTL信号保留有所述非标准RS485差分信号的固有编码特征；

CPLD数据处理模块（30），与所述数据隔离器（20）连接，对隔离后的所述若干路TTL信号的不同波特率进行同步并进行数据解码；

若干并行的数模转换器（40），与所述CPLD数据处理模块（30）连接，对解码后的数据进行数模转换。

2.如权利要求1所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，对应n路输入信号，所述CPLD数据处理模块（30）中对应设置有n组并行的信号处理模块；每一路所述信号处理模块，进一步包含依次连接的波特率自适应与0/1识别子模块（31）、数据解码子模块（32）和写操作子模块（33）。

3.如权利要求2所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述波特率自适应与0/1识别子模块（31），对经过隔离的TTL信号进行波特率自适应，并对该TTL信号进行采样计数，输出具有统一速率的有效数据序列。

4.如权利要求3所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述数据解码子模块（32）接收所述有效数据序列，通过比对固有编码特征，得到有用数据。

5.如权利要求4所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述写操作子模块（33）控制所述有用数据的写时序，并把该有用数据输出至所述数模转换器（40）。

6.如权利要求5所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述数模转换器（40）与所述写操作子模块（33）通过串行接口连接；由所述写操作子模块（33）输出的有用数据与写时钟驱动，所述数模转换器（40）将所述有用数据转换成模拟信号输出。

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