CN104796231B - 一种异步串行物理变形信号的识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种异步串行物理变形信号的识别方法，采用6倍过采样恢复异步数据，以6倍于输入异步数据的时钟采样输入数据，大幅降低接收端系统时钟频率。提高了接收数据正确率，解决由停止位错误而带来的数据接收错误问题。在保证数据能正确接收的情况下，允许更大的信号变形在不需要信号中继的情况下、以适应更差的干扰环境和更远的距离通信。

Description

一种异步串行物理变形信号的识别方法
技术领域
本发明属于工业DCS(分布式控制)系统信息处理技术领域，涉及异步串行物理变形信号的识别方法。
背景技术
工业现场环境情况复杂，由于大型电机等设备的影响，以及分布式远距离的走线影响，通信信号质量极易受到干扰而出现较大的变形，如何快速准确的识别和接收现场控制数据，对分布式控制系统来说意义重大。
现有的RS485通信的物理层识别技术较好的适应了工业现场的环境，理论上能达到12M的通信速率。但实际上由于在12M时通信距离太短，往往不到100米，且单片机的系统时钟达不到要求的192M，所以很少能达到这个速率。而且采用16倍过采样，采样率高，对接收端系统时钟频率要求高，在12M通信速率时、16倍过采样要求接收端采样时钟要达到192M，对普通单片机来说难以达到。对于信号变形的容忍度不够：对于较差干扰环境、较远距离和无中继的通信情况下，信号质量很差，中间连续3次采样、数据不同的概率比较大，特别是中心点两侧的采样数据，造成数据不能正确识别。同时由于异步通信的时钟频率差别，和采用字节起始位置对齐的方法，最后的停止位最容易由于累积误差而出现采样错误，而此时数据虽然已经正确接收，但停止位错误会造成数据的接收判断错误，从而导致接收失败。
发明内容
本发明提供一种应用于DCS系统的宽容忍度的异步串行物理变形信号的识别方法，降低成本，提高了接收数据正确率，扩大了应用范围。
为了实现上述发明目的，本发明公开一种异步串行物理变形信号的识别方法，所述方法采用6倍过采样恢复异步数据，以6倍于输入异步数据的时钟采样输入数据，两个时钟互为异步时钟，数据格式包括起始位、数据位、校验位和停止位，其特征在于方法包括以下步骤：
S1初始态，根绝数据下降沿跳变识别数据起始位，每个字节开始时均有一个数据起始位；
S2起始位判断，持续4个采样周期连续确认数据起始位是否有效，一旦所述起始位确认有效，则锁定后续输入数据的理论中心位置，所述起始位有效则在完成6次过采样后转入S3，无效则转入S1；
S3接收数据位判断，在时钟对齐后的理论数据中心位置采样数据位，判断是否完成所述数据位的接收，完成则转入S4，否则继续接收；
S4接收校验位判断，在时钟对齐后的理论中心位置采样所述校验位，判断是否完成所述校验位的接收，完成则转入S5，否则继续接收；
S5停止位自动跳转，跳转到S1，等待识别下一字节的数据起始位。
其中，所述起始位为1位，所述数据位为8位，所述校验位为1位，所述停止位为1/2～3/2位。
其中，所述起始位固定为0，停止位固定为1。
采用本发明的异步串行物理变形信号的识别方法，降低接收端对系统时钟频率的过高要求，以便降低成本。采用6倍过采样，大幅降低接收端系统时钟频率。在保持12M通信速率的情况下，可将接收端采样时钟由192M降低到72M，满足普通单片机的速度要求。解决由停止位错误而带来的数据接收错误问题，提高接收数据正确率。在保证数据能正确接收的情况下，允许更大的信号变形，可容忍数据两侧多达40％的数据变形，在不需要信号中继的情况下、以适应更差的干扰环境和更远的距离通信。
说明书附图
图1数据格式
图2本发明的流程图
图3理想情况下的输入数据和本地时钟的对应图
图4输入数据的速率快于采集时钟的1/6，并超过5％时输入数据和本地时钟的对应图
图5输入数据的速率慢于采集时钟的1/6，并超过5％时输入数据和本地时钟的对应图
图6输入数据两侧均严重变形达到42％时输入数据和本地时钟的对应图
具体实施例
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
本发明可以基于简单的单片机、CPLD、FPGA(现场可编程门阵列)来实现，识别方法采用6倍过采样恢复异步数据，以6倍于输入异步数据的时钟采样输入数据，两个时钟互为异步时钟；数据以如下格式组织传输：1位起始位+8位数据位+1位校验位+(1/2～3/2)位停止位其中：起始位固定为0、停止位固定为1。为提高效率、停止位可以缩减到1/2位的宽度。以下举例以1位停止位为例，1/2和3/2位的情况在本方法中只是停止位宽度的伸缩，不影响数据的有效接收。数据格式如图1所示。
本发明的流程图如图2所示，识别方法的具体步骤为：
S1初始态，根绝数据下降沿跳变识别数据起始位，每个字节开始时均有一个数据起始位；
S2起始位判断，持续4个采样周期连续确认数据起始位是否有效，一旦所述起始位确认有效，则锁定后续输入数据的理论中心位置，距离起始位下降沿跳变后9个时钟周期为第一位数据的理想采集位置、以后每隔6个时钟周期为下一位数据或校验位的理想采集位置，数据的值为理想采集位置采集到的数据。所述起始位有效则在完成6次过采样后转入S3，无效则转入S1；
S3接收数据位判断，在时钟对齐后的理论数据中心位置采样数据位，判断是否完成所述数据位的接收，完成则转入S4，否则继续接收；
S4接收校验位判断，在时钟对齐后的理论中心位置采样所述校验位，判断是否完成所述校验位的接收，完成则转入S5，否则继续接收；
S5停止位自动跳转，跳转到S1，等待识别下一字节的数据起始位。
上述流程图对应的程序代码描述如下：
理想输入信号及采样数据如图3所示，连续的四个连续粗箭头表示对于起始位的判断和确认，每个数据下的单个箭头为锁定的数据采集时刻指示，每次数据采集均对准理想情况下的数据的中心。
当输入数据的速率快于采集时钟的1/6，并超过5％时，如图4所示，实线平滑波形表示输入数据，虚线波形表示参照用的理想输入数据波形，四个连续粗箭头表示每字节数据同步的位置，单个细箭头表示数据采集位置。校验位以前的数据能够正确的识别，但由于累积误差的影响，如果按照RS485(或RS422)的采集方法判断，在停止位的中心采集位置恰好错过了对停止位的采集，图4中粗长箭头所示位置为RS485(或RS422)停止位的数据采集点之一，并造成后续字节数据采集的错误。
采用本发明的识别方法，在停止位状态自动跳转，不关注停止位到来的时刻及停止位的宽度，只采集停止位的数据下降沿跳变，可以规避掉由停止位采集错误而引起的数据错误，提高数据成功接收的概率，并且不影响后续数据的采集。
当输入数据的速率慢于采集时钟的1/6，并超过5％时，如图5所示，实线平滑波形表示输入数据，虚线波形表示参照用的理想输入数据波形，四个连续粗箭头表示每字节数据同步的位置，单个细箭头表示数据采集位置。校验位以前的数据能够正确的识别，但由于累积误差的影响，如果按照RS485或RS422的采集方法判断，在停止位的中心采集位置采集到的却是校验位的数据，图5中粗长箭头所示位置为停止位的数据采集中心点。
本发明的识别方法，在停止位状态自动跳转，不关注停止位到来的时刻及停止位的宽度，只采集停止位的数据下降沿跳变，可以规避掉由停止位采集错误而引起的数据错误，提高数据成功接收的概率，并且不影响后续数据的采集。
当输入数据两侧均严重变形达到42％时，如图6所示，采用本发明的识别方法只对数据中心的数值进行采集判断、仍然能够正确识别数据，实线平滑波形表示输入数据，虚线波形表示参照用的理想输入数据波形，图6中粗长箭头所示位置为变形数据的采集点，四个连续粗箭头表示每字节数据同步的位置，单个细箭头表示数据采集位置。
另外，由于本方法不关注停止位的宽度和到来时刻，所以在低速通信情况下、发送端可以采取半位停止位的组包方式，以达到提高有效载荷比例、提高通信效率的目的。
本发明最大的优点就是使用本方法可以降低成本，提高接收数据正确率，扩大应用范围。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种异步串行物理变形信号的识别方法，所述方法采用6倍过采样恢复异步数据，以6倍于输入异步数据的时钟采样输入数据，两个时钟互为异步时钟，数据格式包括起始位、数据位、校验位和停止位，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、初始态，根据数据下降沿跳变识别数据起始位，每个字节开始时均有一个数据起始位；
S2、起始位判断，持续4个采样周期连续确认数据起始位是否有效，一旦所述起始位确认有效，则锁定后续输入数据的理论中心位置，所述起始位有效则在完成6次过采样后转入S3，无效则转入S1；
S3、接收数据位判断，在时钟对齐后的理论数据中心位置采样数据位，判断是否完成所述数据位的接收，完成则转入S4，否则继续接收；
S4、接收校验位判断，在时钟对齐后的理论中心位置采样所述校验位，判断是否完成所述校验位的接收，完成则转入S5，否则继续接收；
S5、当采集到停止位的下降沿时，不关注所述停止位的宽度和到来时刻，所述停止位自动跳转，跳转到S1，等待识别下一字节的数据起始位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始位为1位，所述数据位为8位，所述校验位为1位，所述停止位为1/2～3/2位。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述起始位固定为0，停止位固定为1。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1504025A (zh) * 2001-03-15 2004-06-09 高通股份有限公司 对来自过采样的硬判决二进制流的码元恢复
CN101118195A (zh) * 2007-09-14 2008-02-06 蔡秀华 无刷直流电力测功机
CN101895492A (zh) * 2010-08-04 2010-11-24 电子科技大学 一种单载波频域均衡技术的过采样接收方法
CN102262607A (zh) * 2011-05-04 2011-11-30 山东超越数控电子有限公司 一种在pc中利用i2c总线采集温度信息的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100504025C (zh) * 2006-11-12 2009-06-24 龚智勇 智能液压采油井装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1504025A (zh) * 2001-03-15 2004-06-09 高通股份有限公司 对来自过采样的硬判决二进制流的码元恢复
CN101118195A (zh) * 2007-09-14 2008-02-06 蔡秀华 无刷直流电力测功机
CN101895492A (zh) * 2010-08-04 2010-11-24 电子科技大学 一种单载波频域均衡技术的过采样接收方法
CN102262607A (zh) * 2011-05-04 2011-11-30 山东超越数控电子有限公司 一种在pc中利用i2c总线采集温度信息的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FPGA与MCU的多串口通信接口设计与实现;刘先博;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20140715;第9页第10-14行，第37页第2-22行 *

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