CN111083028A

CN111083028A - 单总线通信方法及系统

Info

Publication number: CN111083028A
Application number: CN201911087508.9A
Authority: CN
Inventors: 冯新凯; 陈怀熹; 李广伟; 张新彬; 古克义; 梁万国; 黄玉宝
Original assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本申请公开了一种单总线通信方法及系统，所述单总线通信方法包括：第一通信设备向第二通信设备发送数据帧；所述数据帧采用脉冲占空比或者脉冲频率表征。本发明使用脉冲占空比或者脉冲频率表征数据帧：利用脉冲占空比的上升沿或者下降沿区分连续的电平或者利用脉冲频率的不同区分连续的电平，避免了出现连续电平时，接收端难以区分有多少个连续电平的情况，保证了接收端接收信号的准确性。

Description

单总线通信方法及系统

技术领域

本申请涉及一种单总线通信方法及系统，属于通信技术领域。

背景技术

总线技术是一种芯片或者设备间通信的重要技术，相对于点对点通信技术，总线通信可以有效地降低连线的复杂度，提高连线的利用率。现有的总线按照数据传输的方式可以被划分为串行总线和并行总线，目前常见的串行总线有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等，而并行总线相对来说种类要少，常见的如工IEEE1284、ISA、PCI等。但无论是串行总线还是并行总线，总线通信都需要多条通信线路的支持，这会给I/O口资源非常宝贵的电路设计带来困难，因此单总线通信技术应运而生。

然而，现有的单总线在信号传输的过程中，所使用的数据帧中的电平是电压电平，是通过具体的阈值进行限定的。在信号的传输过程中，不可避免的会出现连续高电平或者连续低电平的情况。当出现连续的高电平或者低电平时，接收端在接收信号时，难以分辨出有多少个连续的电平，导致接收信号出错，影响接收信号的准确率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种单总线通信方法及系统，其是利用脉冲占空比或者脉冲频率表征数据帧，解决了现有技术中使用电压电平表征数据帧时，存在的出现连续相同电平时，接收端接收信号不准确的技术问题。

本发明提供了一种单总线通信方法，包括：

第一通信设备向第二通信设备发送数据帧；

所述数据帧采用脉冲占空比和频率表征。

优选地，所述数据帧包括起始位、数据位和停止位；

在脉冲频率相同的情况下，设定起始位的占空比为a％，停止位的占空比为1-a％，设定数据位中第一电平的占空比为b％，数据位中第二电平的占空比为1-b％，则

当a％<50％时，第一电平的占空比b％满足a％<b％<50％；

当a％>50％时，第一电平的占空比b％满足50％<b％<a％。

其中当第一电平为高电平时，第二电平为低电平；当第一电平为低电平时，第二电平为高电平。

优选地，所所述数据帧包括数据位；

在脉冲占空比相同的情况下，数据位中的第一电平的频率与第二电平的频率不同。

优选地，所述数据帧中包括奇偶校验位。

优选地，还包括，所述第二通信设备根据所述奇偶检验位对所述第一通信设备发送的数据帧进行校验，如果校验未通过，则所述第一通信设备根据所述第二通信设备反馈的校验结果重新向所述第二通信设备发送所述数据帧。

优选地，还包括：

所述第二通信设备根据所述奇偶检验位对所述第一通信设备发送的数据帧进行校验；

所述第一通信设备在预设时间阈值内未收到所述第二通信设备反馈的校验结果时，所述第一通信设备重新向所述第二通信设备发送所述数据帧。

优选地，所述第二通信设备为多个；所述第一通信设备向待通信的所述第二通信设备发送数据帧包括：

所述第一通信设备向多个所述第二通信设备发送搜索命令，所述搜索命令中包含待通信的所述第二通信设备的地址；

多个第二通信设备中的包含所述地址的第二通信设备向所述第一通信设备发送通信请求；

所述第一通信设备向发送通信请求的第二通信设备发送数据帧。

优选地，多个第二通信设备中的包含所述地址的第二通信设备向所述第一通信设备发送通信请求后，还包括：

所述第一通信设备向所述第二通信设备发送配置参数。

所述配置参数中包括波特率参数、起始位参数、停止位参数和奇偶校验位参数；

所述波特率参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据的传输速率；

所述起始位参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据时是否使用起始位；

所述停止位参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据时是否使用停止位；

所述奇偶校验位参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据时是否使用奇偶校验位。

本发明还公开了一种单总线通信系统，包括第一通信设备、第二通信设备、上拉电阻和单总线；所述第一通信设备与所述第二通信设备均通过I/O接口与单总线连接，所述单总线通过上拉电阻与电源连接；

所述第一通信设备通过单总线向所述第二通信设备发送数据帧；所述数据帧中的电平采用脉冲占空比或者脉冲频率表征；

所述上拉电阻，用于使单总线嵌位在高电平。

优选地，包括多个第二通信设备，多个所述第二通信设备均通过同一个所述单总线与所述第一通信设备连接。

本发明的单总线通信方法及系统，相较于现有技术，具有如下有益效果：

本发明中使用脉冲占空比或者频率表征数据帧：利用脉冲占空比的上升沿或者下降沿区分连续的电平或者利用脉冲频率的不同区分连续的电平，避免了出现连续电平时，接收端难以区分有多少个连续电平的情况，保证了接收端接收信号的准确性。

本发明可以实现一根总线连接多个通信设备，降低了对I/O接口的需求，进一步降低了成本。

本发明通过单总线连接多个通信设备，通过地址区分不同的通信设备，区分方式简单，可操作性强。

本发明中，所述第一通信设备向第二通信设备发送的配置参数中包含了波特率参数，用以限定传输速率，实现根据通信设备的不同，采用不同的传输速率，使得单总线上可连接多种不同的具有I/O口的通信设备。

附图说明

图1为本发明单总线通信方法的流程图。

图2为本发明实施例1中两个通信设备的连接示意图；

图3为本发明实施例1中，以脉冲占空比表征的数据帧的示意图；

图4为本发明实施例2中多个通信设备的连接示意图；

图5为本发明实施例3中，以脉冲频率表征的数据帧的示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明提供了一种单总线通信方法。该单总线通信方法的流程图见图1。

第一通信设备向第二通信设备发送数据帧，所述数据帧采用脉冲占空比或脉冲频率表征；

第二通信设备向第一通信设备反馈是否需要重新发送所述数据帧。

首先以使用单总线连接两个通信设备为例说明本发明的单总线通信方法。

将两个通信设备分别标记为A和B，A和B的I/O接口通过单总线连接，单总线通过上拉电阻与电源连接，单总线经上拉电阻上拉为高电平。其结构示意图见图2。

首先，设定数据帧：设定起始位的占空比为90％，高电平也就是数值“1”的脉冲占空比为60％-80％，低电平也就是数值“0”的脉冲占空比为20％—40％，停止位的脉冲占空比为10％。当然，数据帧的设定并不局限于此，也可设定起始位的脉冲占空比为10％，高电平也就是数值“1”的脉冲占空比60％-80％，低电平也就是数值“0”的脉冲占空比为20％—40％，停止位的脉冲占空比为90％；或者，也可设定起始位的脉冲占空比为80％，低电平也就是数值“0”的脉冲占空比为55％-70％，高电平也就是数值“1”的脉冲占空比为30％—45％，停止位的脉冲占空比为20％。

图3公开了一种数据帧的示意图，该数据帧以90％占空比的脉冲为起始位，60％-80％占空比的脉冲为高电平也就是数值“1”，20％—40％占空比的脉冲为低电平也就是数值“0”，10％占空比为停止位。之所以以区间值表示高低电平，主要是考虑到数据帧在发送和接收时会有一点误差，还有通信设备的处理误差，所以设定了一个范围，保证接收数据帧的准确性。从图2中可以看出，相邻高低电平之间以下降沿分界，便于区分连续的高低电平。

在初始状态下，A和B之间一直是高电平。

A向B发送数据帧，则此时A为第一通信设备，B为第二通信设备(主动搜索、发送命令的为第一通信设备，被搜索、接收命令的为第二通信设备)。

单总线的通信过程为：

1、A拉低总线，发送1位起始位，8位数据位，1位奇偶校验位(奇数为1，偶数为0)和1位停止位。本实施例中设置了奇偶校验位。奇偶校验位是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。采用何种校验是事先规定好的。通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，从而确定传输代码的正确性。

2、B收到一帧数据后，根据数据位中1的奇偶，对比奇偶校验位，若相符，则回复“0”，否则回复“1”。

3、若A收到应答信号“1”或者预设时间阈值内无应答，则重新发送该帧数据；若A收到应答信号“0”，则结束发送。

若A要发送多帧数据到B，则重复上述过程。同理，当B要向A发送数据帧时，也是同样的过程。

实施例2

本实施例的单总线通信方法，也可用于使用单总线连接多个通信设备的情况。

将多个通信设备分别标记为A、B……Z，各个通信设备的I/O接口通过单总线连接，单总线通过上拉电阻与电源连接，单总线经上拉电阻上拉为高电平。其结构示意图见图4。

首先，设定数据帧：设定起始位的脉冲占空比为90％，高电平也就是数值“1”的脉冲占空比为60％-80％，低电平也就是数值“0”的脉冲占空比为20％—40％，停止位的脉冲占空比为10％。当然，数据帧的设定并不局限于此，也可设定起始位的脉冲占空比为10％，高电平也就是数值“1”的脉冲占空比为60％-80％，低电平也就是数值“0”的脉冲占空比为20％—40％，停止位的脉冲占空比为90％；或者，也可设定起始位的脉冲占空比为80％，低电平也就是数值“0”的脉冲占空比为55％-70％，高电平也就是数值“1”的脉冲占空比为30％—45％，停止位的脉冲占空比为20％。

本实施例多个通信设备通信时，使用图3所示的数据帧进行通信。由于包括了多个通信设备，第一通信设备首先需要找到待通信的第二通信设备才可以发送数据帧进行通信，多个设备通信时，所采用的通信协议为：第一通信设备发送搜索命令，搜索命令中包含待通信第二通信设备的地址和配置参数，配置参数包括波特率参数、起始位参数、停止位参数和奇偶校验位参数；所述波特率参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据的传输速率，波特率的数值可以为75bit/s，110bit/s，134bit/s，150bit/s，300bit/s，600bit/s，1200bit/s，1800bit/s，2400bit/s，4800bit/s，7200bit/s，9600bit/s，14400bit/s，19200bit/s，38400bit/s，57600bit/s，115200bit/s，128000bit/s；所述起始位参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据时是否使用起始位；所述停止位参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据时是否使用停止位；所述奇偶校验位参数，用于限定第一通信设备与第二通信设备之间传输数据时是否使用奇偶校验位。对应地址的第二通信设备接收到命令后，完成参数配置，并向第一通信设备发送通信请求。第一通信设备收到第二通信设备发送的通信请求后，以配置的频率向第二通信设备发送数据帧。本实施例中，波特率参数设定为7200bit/s，使用起始位、停止位及奇检验位，通信过程如下：

在初始状态下，A、B……Z这些通信设备之间一直是高电平。

A如若向Z发送数据帧，则此时A为第一通信设备，Z为第二通信设备。

1、A拉低总线，向B……Z所有通信设备发送包含Z的地址的搜索命令；

2、Z接收到搜索命令后，向A发送通信请求；

3、A向Z发送配置参数，Z配置完成后，A与Z开始通信；

4、A拉低总线，发送1位起始位，8位数据位，1位奇偶校验位(奇数为1，偶数为0)和1位停止位。

5、Z收到一帧数据后，根据数据位中1的奇偶，对比奇偶校验位，若相符，则回复“0”，否则回复“1”。

6、若A收到应答信号“1”或者设定的周期内无应答，则重新发送该帧数据；若A收到应答信号“0”，则结束发送。

若A要发送多帧数据到Z，则重复上述过程。同理，当Z要向A发送数据帧时，也是同样的过程。

实施例3

本实施例是以脉冲频率表征数据帧。

脉冲频率表征时，本实施例采用2个脉冲周期表征低电平，3个脉冲周期表征高电平。其示意图见图5。脉冲周期T与脉冲频率f的关系为：f＝1/T。也可以采用2个脉冲周期表征高电平，3个脉冲周期表征低电平，只要高低电平的脉冲周期不同即可，采用该种方式，便于接收端区分高低电平。本实施例以脉冲频率表征数据帧时，不需要起始位和停止位，可以采用协议规定的起始位：比如0xaa或者其他，停止位就可以采用回车换行。

当两个通信设备利用单总线通信时，其通信过程参见实施例1。当多个通信设备利用单总线进行通信时，其通信过程参见实施例2，只不过是将通信帧以脉冲频率进行表征。

本发明中使用脉冲占空比或者脉冲频率表征数据帧：利用脉冲占空比的上升沿或者下降沿区分连续的电平或者利用脉冲频率的不同区分连续的电平，避免了出现连续电平时，接收端难以区分有多少个连续电平的情况，保证了接收端接收信号的准确性。

本发明通过单总线连接多个通信设备，通过分配地址的方式区分每个设备，区分方式简单，可操作性强。

本发明中，所述第一通信设备向第二通信设备发送的配置参数中包含了波特率参数，用以限定传输速率，实现根据设备的不同，采用不同的传输速率，使得单总线上可连接多种不同的具有I/O口的通信设备。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims

1.一种单总线通信方法，其特征在于，包括：

第一通信设备向第二通信设备发送数据帧；

所述数据帧使用脉冲占空比或者脉冲频率表征。

2.根据权利要求1所述的单总线通信方法，其特征在于，所述数据帧使用脉冲占空比表征，具体为：

所述数据帧包括起始位、数据位和停止位；

当a％<50％时，第一电平的占空比b％满足a％<b％<50％；

当a％>50％时，第一电平的占空比b％满足50％<b％<a％。

3.根据权利要求1所述的单总线通信方法，其特征在于，所述数据帧使用脉冲频率表征，具体为：

所述数据帧包括数据位；

4.根据权利要求2或3所述的单总线通信方法，其特征在于，所述数据帧中包括奇偶校验位。

5.根据权利要求4所述的单总线通信方法，其特征在于，还包括，

所述第二通信设备根据所述奇偶检验位对所述第一通信设备发送的数据帧进行校验，如果校验未通过，则所述第一通信设备根据所述第二通信设备反馈的校验结果重新向所述第二通信设备发送所述数据帧。

6.根据权利要求4所述的单总线通信方法，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求1所述的单总线通信方法，其特征在于，所述第二通信设备为多个；所述第一通信设备向待通信的所述第二通信设备发送数据帧包括：

8.根据权利要求7所述的单总线通信方法，其特征在于，多个第二通信设备中的包含所述地址的第二通信设备向所述第一通信设备发送通信请求后，还包括：

所述第一通信设备向所述第二通信设备发送配置参数。

9.一种单总线通信系统，其特征在于，包括第一通信设备、第二通信设备、上拉电阻和单总线；所述第一通信设备与所述第二通信设备均通过I/O接口与单总线连接，所述单总线通过上拉电阻与电源连接；

所述第一通信设备通过单总线向所述第二通信设备发送数据帧；所述数据帧中的电平采用脉冲占空比和脉冲频率表征；

所述上拉电阻，用于使单总线嵌位在高电平。

10.根据权利要求9所述的单总线通信系统，其特征在于，包括多个第二通信设备，多个所述第二通信设备均通过同一个所述单总线与所述第一通信设备连接。