CN108390752A - 信号接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信号接收方法，包括采集从设备发送的数据信号，得到属于从设备本地时钟的第一采样信号；当检测到第一采样信号的信号沿时，将计数器清零并重新开始计数，信号沿是上升沿或下降沿，计数器是每经过一个从设备本地时钟的时钟周期时加一；在计数器计数达2+4n时，对第一采样信号进行采集，得到属于主设备本地时钟的第二采样信号，同时生成采样时钟信号，其中n为不小于零的整数；及利用采样时钟信号在第二采样信号中进行采样得到采样值，当采样值符合传输协议的规则时，则接收第二采样信号。该方法消除了设备之间由于传输距离的存在而引入的传输延迟，从而保证接收数据信号序列的正确性。

Description

信号接收方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种信号接收方法。

背景技术

在工业设备中，很大一部分设备之间的通信采用协议加串行通信的方法。其通信过程一般是设备A往设备B发起数据，然后设备B应答。根据数字电路的采集信号原理，对建立保持时间的要求，设备对线上信号进行可靠采集必须满足采样保持时间的要求。同时，在处理协议时，由于设备之间存在一定的传输距离，而该传输距离的存在会引入线长传输延迟，导致接收数据的序列发生错位。

发明内容

基于此，有必要针对由于设备之间传输距离的存在而引入线长传输延迟，从而导致接收数据的序列发生错位的问题，提供一种信号接收方法。

一种信号接收方法，用于接收从设备发送的数据信号，所述方法包括：

采集所述从设备发送的数据信号，得到属于所述从设备本地时钟的第一采样信号；

当检测到所述第一采样信号的信号沿时，将计数器清零并重新开始计数，所述信号沿是上升沿或下降沿，所述计数器是每经过一个所述主设备本地时钟的时钟周期时加一；

在所述计数器计数达2+4n时，对所述第一采样信号进行采集，得到属于主设备本地时钟的第二采样信号，同时生成采样时钟信号，其中n为不小于零的整数，采集所述从设备发送的数据信号的频率为四倍所述从设备发送的数据信号的传输速率；及

利用所述采样时钟信号在所述第二采样信号中进行采样得到采样值，当采样值符合传输协议的规则时，则接收所述第二采样信号。

在其中一个实施例中，采集从设备发送的数据信号，对所述数据信号进行滤波处理，并将滤波后的所述数据信号通过寄存器输出，得到属于所述从设备本地时钟的第一采样信号。

在其中一个实施例中，所述传输协议是异步收发传输协议。

在其中一个实施例中，利用所述采样时钟信号在所述第二采样信号中提取传输协议的特征点并进行校验，若校验结果正确，则确定所述第二采样信号中一帧数据的传输序列。

缓存所述第二采样信号中一帧数据的传输序列，继续确定所述第二采样信号中下一帧数据的传输序列，直至得到所述第二采样信号的传输序列；及

当检测到所述第二采样信号的传输序列符合传输协议的规则时，则接收所述第二采样信号。

在其中一个实施例中，所述特征点包括起始位、奇偶校验位及停止位。

在其中一个实施例中，在所述采样时钟信号的上升沿对所述第二采样信号进行采集，得到第一采样值；

当所述第一采样值为零时，将所述第二采样信号中所述采样值为零的位置作为所述第二采样信号中一帧数据的起始位；

再定位到所述一帧数据的奇偶校验位和结束位，并对所述奇偶校验位和所述结束位进行采样，分别对应得到第二采样值和第三采样值；及

当所述第二采样值和所述第三采样值均符合传输协议的规则时，则确定所述第二采样信号中一帧数据的传输序列。

在其中一个实施例中，当所述第二采样值和所述第三采样值中的任一个不符合传输协议的规则时，则继续在所述采样时钟信号的上升沿对所述第二采样信号进行采集，得到第一采样值。

在其中一个实施例中，所述一帧数据的数据格式包括1位起始位、5位数据位、1位奇偶校验位及1位、1.5位或2位结束位。

在其中一个实施例中，当所述第二采样信号的传输序列不符合传输协议的规则时，则上报应用层，并继续在所述采样时钟信号的上升沿对所述第二采样信号进行采集，得到第一采样值。

在其中一个实施例中，所述当检测到所述第一采样信号的信号沿时，将计数器清零并重新开始计数，所述信号沿是上升沿或下降沿，所述计数器是每经过一个时钟周期时加一的步骤包括：

检测并采集所述第一采样信号的信号沿，生成信号沿信号，其中所述信号沿是上升沿或下降沿；

当计数器遇到所述信号沿信号的信号沿时，计数器清零并重新开始计数。

上述信号接收方法，先采集从设备发送的数据信号，得到属于从设备本地时钟的第一采样信号，检测到第一采样信号的上升沿或下降沿时，将计数器清零并重新开始计数，在计数器计数为2+4n时开始采集第一采样信号，得到属于主设备本地时钟的第二采样信号，从而消除了主设备和从设备的时钟频率不一致而引起的时间偏差问题，同时在计数器计数达2+4n作为采样时钟信号，而不是传统的0+4n，也解决了所传输的数据信号的高电平和低电平持续时间不严格相等的问题，最后利用采样时钟信号在第二采样信号中进行采样得到采样值，判断出采样值符合传输协议的规则时，则接收第二采样信号的传输序列。因此，该方法解决了设备之间由于传输距离的存在而引入线长传输延迟，进而导致接收数据的序列发生错位的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一实施方式提供的信号接收方法的流程示意图；

图2为图1所示实施方式中的信号接收方法中步骤S140的其中一个实施例的流程示意图；

图3为图2所示实施例中的信号接收方法中步骤S141的其中一个实施例的流程示意图；

图4为图1所示实施方式中的信号接收方法中步骤S120的其中一个实施例的流程示意图；

图5为图1所示实施方式中的信号接收方法中步骤S110至步骤S130的其中一个实施例的时序图；

图6为图1所示实施方式中的信号接收方法中步骤S140的其中一个实施例的时序图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1，一实施方式提供了一种信号接收方法。该信号接收方法用于接收从设备发送的数据信号。该方法包括：

步骤S110，采集从设备发送的数据信号，得到属于从设备本地时钟的第一采样信号。

例如，I2C总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。I2C的外部物理接口采用两根逻辑信号线，一根传输数据(SDA)，一根传输时钟(SCL)，通过协议实现多个设备间的通信。那么，启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的设备称之为主设备，此时任何被寻址的设备均称之为从设备。在总线上主和从、发和收的关系也不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。如果主设备要发送数据给从设备，则主设备首先寻址从设备，然后主动发送数据至从设备，最后由主设备终止数据传送；如果主设备要接收从设备的数据，首先由主设备寻址从设备。然后主设备接收从设备发送的数据，最后由主设备终止接收过程。

具体地，从设备将带有从设备本地时钟的数据信号发送至主设备，主设备接收该数据信号并进行采集，从而得到带有从设备本地时钟的第一采样信号。

步骤S120，当检测到第一采样信号的信号沿时，将计数器清零并重新开始计数，信号沿是上升沿或下降沿，计数器是每经过一个主设备本地时钟的时钟周期时加一。

具体地，主设备内部对所得到的第一采样信号进行检测，当检测到第一采样信号的信号沿时，将计数器的计数清零，并重新开始从零计数，计数器在每遇到一个主设备本地时钟的时钟周期时计数加一。另外，第一采样信号的信号沿可以是上升沿，也可以是下降沿，但只能选择其中的一种。

步骤S130，在计数器计数达2+4n时，对第一采样信号进行采集，得到属于主设备本地时钟的第二采样信号，同时生成采样时钟信号，其中n为不小于零的整数，采集所述从设备发送的数据信号的频率为四倍从设备发送的数据信号的传输速率。

具体地，在计数器的计数为2+4n时，主设备内部对第一采样信号进行一次采样，多次采样后得到带有主设备本地时钟的第二采样信号，同时由于主设备内部是在计数器的计数为2+4n时进行采样，因此将计数为2+4n作为采样时钟，而生成采样时钟信号。简单来说，在计数器计数为2+4n时，一方面主设备内部对第一采样信号进行一次采样，另一方面主设备内部也生成一个方波的采样时钟信号，相当于将从设备的本地时钟与主设备的本地时钟同步一次，从而消除对采样所造成的累计误差，多次之后就得到带有主设备本地时钟的第二采样信号和采样时钟信号。其中n为不小于零的整数，采集从设备发送的数据信号的频率为四倍从设备发送的数据信号的传输速率，这里的四倍也可以是其他倍数，例如，五倍、六倍等，这样可以从从设备发送的数据信号中获取到更多的采样信号。该步骤消除了主设备和从设备的时钟频率不一致而引起的时间偏差问题，也解决了所传输的数据信号的高电平和低电平持续时间不严格相等的问题。

步骤S140，利用采样时钟信号在第二采样信号中进行采样得到采样值，当采样值符合传输协议的规则时，则接收第二采样信号。

其中，传输协议是异步收发传输协议。另外传输协议可以是CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网总线)协议，也可以是I2C协议，传输协议并不限于这些，只要能适用该信号接收方法的传输协议均可。为了方便，本文以异步收发传输协议(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，Uart)为例进行说明。

在一实施例中，请参考图2，步骤S140包括：

步骤S141，利用采样时钟信号在第二采样信号中提取传输协议的特征点并进行校验，若校验结果正确，则确定第二采样信号中一帧数据的传输序列。

其中，该特征点包括起始位、奇偶校验位及停止位。另外，该特征点可根据传输协议做出调整，例如，特征点也可包括起始位和停止位，还可包括起始位、停止位和空闲位等。

具体地，请参考图3，步骤S141包括：

步骤S1411，在采样时钟信号的上升沿对第二采样信号进行采集，得到第一采样值。优选地，采样时钟信号呈方形波，在遇到采样时钟信号的上升沿时，主设备内部对第二采样信号进行一次采样，从而得到关于第二采样信号的一个采样值。

步骤S1412，当第一采样值为零时，将第二采样信号中采样值为零的位置作为第二采样信号中一帧数据的起始位。

其中，一帧数据的数据格式包括1位起始位、5位数据位、1位奇偶校验位及1位、1.5位或2位结束位。具体地，起始位必须是持续一个比特时间的逻辑“0”电平，标志传送一个字符的开始。数据位是紧跟在起始位之后，是被传送字符的有效数据位，传送时先传送字符的低位，后传送字符的高位。数据位究竟是几位，可由硬件或软件来设定，一般情况下，数据位的位数可以在5至8位之间。奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，也可以不设奇偶位。停止位为1位、1.5位或2位，可由软件设定。它一定是逻辑“1”电平，标志着传送一个字符的结束。另外，该一帧数据的数据格式还可包括空闲位，空闲位表示线路处于空闲状态，此时线路上为逻辑“1”电平。空闲位可以没有，此时异步传送的效率为最高。

具体地，先判断该第一采样值是否为零，当该第一采样值为零时，正好与一帧数据中的起始位的逻辑“0”电平相匹配，则先将该第一采样值在第二采样信号中的位置作为第二采样信号中一帧数据的起始位。

步骤S1413，再定位到一帧数据的奇偶校验位和结束位，并对奇偶校验位和结束位进行采样，分别对应得到第二采样值和第三采样值。例如，在数据位为5位时，主设备内部从而依次确定了与起始位相隔5位之后的奇偶校验位和结束位，再对该奇偶校验位和结束位进行采样，从而分别得到该奇偶校验位对应的第一采样值和结束位对应得到的第二采样值。

步骤S1414，当第二采样值和第三采样值均符合传输协议的规则时，则确定第二采样信号中一帧数据的传输序列。例如，在第二采样值的数值加上数据位中“1”的位数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)相匹配，在第三采样值为1时，正好与异步收发传输协议的停止位的逻辑“1”电平相匹配，意味着一个字符的结束，从而确定了当前的第二采样信号中的一帧数据的传输序列是正确的。

在一实施例中，当第二采样值和第三采样值中的任一个不符合传输协议的规则时，则继续在采样时钟信号的上升沿对第二采样信号进行采集，得到第一采样值。具体地，在进行奇校验时，第二采样值的数值加上数据位中“1”的位数不为奇数或者在进行偶校验时，第二采样值的数值加上数据位中“1”的位数不为偶数，或者在第三采样值不为1，与异步收发传输协议的停止位的逻辑“1”电平不相匹配，则不符合异步收发传输协议的规则，说明刚开始确定的起始位是错误的，于是主设备内部在遇到采样时钟信号的下一个上升沿时，继续对第二采样信号进行采集，再次获得一个第一采样值。

步骤S142，缓存第二采样信号中一帧数据的传输序列，继续确定第二采样信号中下一帧数据的传输序列，直至得到第二采样信号的传输序列。具体地，对该正确的第二采样信号中的一帧数据的传输序列进行缓存，接着按照上述方法确定第二采样信号中的下一帧数据的传输序列，直至得到第二采样信号的传输序列。对于所缓存的一帧数据采用先入先出的方式，即先进入的指令先完成并引退，跟着才执行下一条指令。

步骤S143，当检测到第二采样信号的传输序列符合传输协议的规则时，则接收第二采样信号。具体地，接着检测上述所得到的第二采样信号的传输序列是否真的正确，如果第二采样信号的传输序列也满足异步收发传输协议的规则时，则获得的第二采样信号是正确的，则主设备接收该第二采样信号。另外，对第二采样信号的传输序列的检测是一直进行的，以确保第二采样信号的传输序列的正确性。异步收发传输协议的规则也可包括在没有数据传输时，电平一直为“1”。因此，也可根据这一特点添加到异步收发传输协议的监控规则里，从而检测所传输的第二采样信号的传输序列是否正确。

在一实施例中，当第二采样信号的传输序列不符合传输协议的规则时，则上报应用层，并继续在采样时钟信号的上升沿对第二采样信号进行采集，得到第一采样值。

具体地，接着检测上述所得到的第二采样信号的传输序列是否真的正确，如果第二采样信号的传输序列不满足异步收发传输协议的规则时，则判断所获得的第二采样信号是错误的，一方面主设备进行初始化，并上报应用层，另一方面主设备接着在采样时钟信号的下一个上升信号沿对第二采样信号进行采集，再次获得第一采样值，再重复上述步骤。

上述信号接收方法，先采集从设备发送的数据信号，得到属于从设备本地时钟的第一采样信号，检测到第一采样信号的上升沿或下降沿时，将计数器清零并重新开始计数，在计数器计数为2+4n时开始采集第一采样信号，得到属于主设备本地时钟的第二采样信号，从而消除了主设备和从设备的时钟频率不一致而引起的时间偏差问题，同时在计数器计数达2+4n作为采样时钟信号，而不是传统的0+4n，也解决了所传输的数据信号的高电平和低电平持续时间不严格相等的问题，最后利用采样时钟信号在第二采样信号中进行采样得到采样值，判断出采样值符合传输协议的规则时，则接收第二采样信号的传输序列。因此，该方法解决了设备之间由于传输距离的存在而引入线长传输延迟，进而导致接收数据的序列发生错位的问题。

在一实施例中，步骤S110包括：

采集从设备发送的数据信号，对数据信号进行滤波处理，并将滤波后的数据信号通过寄存器输出，得到属于从设备本地时钟的第一采样信号。

具体地，主设备采集从设备发送的数据信号，先通过低通滤波滤除数据信号中的一些噪声，再将经过滤波后的数据信号通过寄存器输出，从而降低了主设备采集数据信号时出现亚稳态的概率，也减少了信号传输畸变，同时也得到了带有从设备本地时钟的第一采样信号。

在一实施例中，请参考图4，步骤S120包括：

步骤S121，检测并采集第一采样信号的信号沿，生成信号沿信号，其中信号沿是上升沿或下降沿。具体地，检测到第一采样信号的信号沿时进行采集，从而根据所采集到的信号沿生成信号沿信号，该信号沿只能是第一采样信号的上升沿或下降沿中的一种。

步骤S122，当计数器遇到信号沿信号的信号沿时，计数器清零并重新开始计数。具体地，计数器在计数时遇到信号沿信号的上升沿或下降沿时，计数器的计数将全部清零，并从零开始重新计数。

请参考图5，为信号接收方法中一实施例主设备接收从设备所发送的数据信号的时序图。从设备将带有从设备本地时钟的数据信号B_Tx发送至主设备，主设备接收该数据信号B_Tx并进行采集，得到数据信号A_Rx。再通过低通滤波滤除数据信号A_Rx中的一些噪声，将经过滤波后的数据信号通过寄存器输出，得到了带有从设备本地时钟的第一采样信号A_Rx_Filter。检测到第一采样信号A_Rx_Filter的上升沿时进行采集，从而根据所采集到的上升沿生成信号沿信号positive_edge。计数器Cnt在计数时遇到信号沿信号positive_edge的上升沿时，计数器Cnt的计数将全部清零，并从零开始计数，且计数器Cnt在每经过一个主设备本地时钟Clock的时钟周期时加一。在计数器Cnt的计数为2+4n时，主设备内部对第一采样信号A_Rx_Filter进行一次采样，多次采样后得到带有主设备本地时钟的第二采样信号A_Rx_Filter_q，同时由于主设备内部是在计数器Cnt的计数为2+4n时进行采样，因此将计数为2+4n作为采样时钟，而生成采样时钟信号sample_clk。请参考图6，在采样时钟信号sample_clk的上升沿对第二采样信号A_Rx_Filter_q进行采集，得到第一采样值。当第一采样值为零时，将第二采样信号A_Rx_Filter_q中采样值为零的位置作为第二采样信号A_Rx_Filter_q中一帧数据的起始位Beg。再定位到一帧数据的奇偶校验位Check和结束位End，并对奇偶校验位Check和结束位End进行采样，分别对应得到第二采样值和第三采样值。当第二采样值和第三采样值均符合Uart传输协议的规则时，则确定第二采样信号A_Rx_Filter_q中一帧数据的传输序列。缓存第二采样信号A_Rx_Filter_q中一帧数据的传输序列，继续确定第二采样信号A_Rx_Filter_q中下一帧数据的传输序列，直至得到第二采样信号A_Rx_Filter_q的传输序列。当检测到第二采样信号A_Rx_Filter_q的传输序列符合传输协议的规则时，则接收第二采样信号A_Rx_Filter_q。当第二采样信号A_Rx_Filter_q的传输序列不符合Uart传输协议的规则时，则上报应用层，并继续在采样时钟信号sample_clk的上升沿对第二采样信号A_Rx_Filter_q进行采集，得到第一采样值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种信号接收方法，用于接收从设备发送的数据信号，其特征在于，所述方法包括：

采集所述从设备发送的数据信号，得到属于所述从设备本地时钟的第一采样信号；

当检测到所述第一采样信号的信号沿时，将计数器清零并重新开始计数，所述信号沿是上升沿或下降沿，所述计数器是每经过一个所述主设备本地时钟的时钟周期时加一；

在所述计数器计数达2+4n时，对所述第一采样信号进行采集，得到属于主设备本地时钟的第二采样信号，同时生成采样时钟信号，其中n为不小于零的整数，采集所述从设备发送的数据信号的频率为四倍所述从设备发送的数据信号的传输速率；及

利用所述采样时钟信号在所述第二采样信号中进行采样得到采样值，当采样值符合传输协议的规则时，则接收所述第二采样信号。

2.根据权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于，所述接收从设备发送的数据信号，得到属于所述从设备本地时钟的第一采样信号的步骤包括：

采集从设备发送的数据信号，对所述数据信号进行滤波处理，并将滤波后的所述数据信号通过寄存器输出，得到属于所述从设备本地时钟的第一采样信号。

3.根据权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于，所述传输协议是异步收发传输协议。

4.根据权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于，所述利用所述采样时钟信号在所述第二采样信号中进行采样得到采样值，当采样值符合传输协议的规则时，则接收所述第二采样信号的步骤包括：

利用所述采样时钟信号在所述第二采样信号中提取传输协议的特征点并进行校验，若校验结果正确，则确定所述第二采样信号中一帧数据的传输序列。

缓存所述第二采样信号中一帧数据的传输序列，继续确定所述第二采样信号中下一帧数据的传输序列，直至得到所述第二采样信号的传输序列；及

当检测到所述第二采样信号的传输序列符合传输协议的规则时，则接收所述第二采样信号。

5.根据权利要求4所述的信号接收方法，其特征在于，所述特征点包括起始位、奇偶校验位及停止位。

6.根据权利要求5所述的信号接收方法，其特征在于，所述利用所述采样时钟信号在所述第二采样信号中提取传输协议的特征点并进行校验，若校验结果正确，则确定所述第二采样信号中一帧数据的传输序列的步骤包括：

在所述采样时钟信号的上升沿对所述第二采样信号进行采集，得到第一采样值；

当所述第一采样值为零时，将所述第二采样信号中所述采样值为零的位置作为所述第二采样信号中一帧数据的起始位；

再定位到所述一帧数据的奇偶校验位和结束位，并对所述奇偶校验位和所述结束位进行采样，分别对应得到第二采样值和第三采样值；及

当所述第二采样值和所述第三采样值均符合传输协议的规则时，则确定所述第二采样信号中一帧数据的传输序列。

7.根据权利要求6所述的信号接收方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述第二采样值和所述第三采样值中的任一个不符合传输协议的规则时，则继续在所述采样时钟信号的上升沿对所述第二采样信号进行采集，得到第一采样值。

8.根据权利要求4所述的信号接收方法，其特征在于，所述一帧数据的数据格式包括1位起始位、5位数据位、1位奇偶校验位及1位、1.5位或2位结束位。

9.根据权利要求4所述的信号接收方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述第二采样信号的传输序列不符合传输协议的规则时，则上报应用层，并继续在所述采样时钟信号的上升沿对所述第二采样信号进行采集，得到第一采样值。

10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的信号接收方法，其特征在于，所述当检测到所述第一采样信号的信号沿时，将计数器清零并重新开始计数，所述信号沿是上升沿或下降沿，所述计数器是每经过一个所述主设备本地时钟的时钟周期时加一的步骤包括：

检测并采集所述第一采样信号的信号沿，生成信号沿信号，其中所述信号沿是上升沿或下降沿；

当计数器遇到所述信号沿信号的信号沿时，计数器清零并重新开始计数。