LVDS的模塊化測控系統設計范文

本站小編為你精心準備了LVDS的模塊化測控系統設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《機電技術雜志》2014年第二期

1接口設計

作為高速傳輸方式，lvds接口在應用中的關鍵問題是如何保證其信號的完整性。1）模塊間數據傳輸接口設計。數據在模塊間的傳輸路徑較短，因此其接口可直接由LVDS串化器及解串器組成。發送端采用LVDS串化器將數據以高速串行數據方式發送，接收端采用相對應的LVDS解串器將接收到的數據進行串/并轉換。為完成電路環流，在差分數據接收端（DS92LV1224的數據輸入端）跨接100Ω電阻。2）數據長線傳輸接口設計。由于中心節點模塊與上位機間數據傳輸距離較遠，為抵消LVDS長線傳輸的信號衰減，需在信號發送端對信號進行驅動，并在信號接收端對信號進行均衡以降低信號失真和畸變。長線傳輸容易使數據收發兩端由于地電勢差產生直流電，因此在差分信號輸出端需采用隔直電容進行交流耦合。同時，采用一對相當于傳輸線1/2的電阻進行差分信號傳輸的源端匹配。

2系統信號傳輸協議設計

2.1傳輸協議模型設計為減少傳輸中的冗余數據，在本系統中未采用標準通信協議，僅保留了物理層、傳輸層及應用層。分析本測試系統所需完成的功能，在設計中提出了如圖2所示的傳輸協議模型。圖2信號采集系統傳輸協議模型物理層：即接口層，用于實現現場設備與傳輸媒質的連接，LVDS接口芯片可自動完成LVDS信號編碼/解碼、串/并（并/串）轉換及信號同步。傳輸層：功能模塊在傳輸層中將采集到的信號建幀上傳至中心節點模塊，并判定由中心節點轉發的上位機指令是否指向本模塊。中心節點模塊在傳輸層中完成將功能模塊上傳的數據打包傳送，上位機下發數據解包轉發及數據流尋址控制功能。應用層：對接收到的指令及采集數據進行處理，執行各功能模塊的專屬任務。各功能模塊在應用層所需完成的具體功能有所不同。

2.2數據傳輸幀結構上位機對各獨立模塊進行的指令控制及數據傳輸都是通過中心節點轉發的，中心節點模塊接受上位機控制，因此上位機占用傳輸線下發指令及數據的優先級高于各功能模塊通過中心節點向上位機傳送數據請求的級別。1）上位機向實時測控系統下發數據結構。上位機向實時測試系統下發數據結構如圖3所示。其中，在向某一功能模塊下發第一輪數據前加入目標指令，以明確下發數據的目標電路模塊。在每輪數據發送前都加有控制指令、數據頭標識，而在數據幀尾部加入數據尾標志，加入這些標志的目的均為進一步確保數據的成功接收，提高數據傳輸及接收的可靠性。中心控制模塊對上位機下發數據中的目標指令部分進行判斷，再將去掉目標指令的其余數據發送至目標模塊。目標模塊對接收到的數據進行判定，確定下發數據是否正確，并執行指令或發送數據。2）測控系統上傳數據結構。由于本系統的數據采集通道較多，因此各功能模塊在傳輸層需要對數據進行編幀處理，以供上位機對每一路數據進行識別（見圖4）。各信號采集模塊對采集數據進行循環讀數，每讀取一輪數據后增加幀計數及幀標識，再經中心節點模塊打包上傳。上位機通過對數據幀長度、幀計數及幀標識的判斷，即可判定數據是否完整并計算出信號采集的時間。系統上電后信號采集模塊開始進行幀計數，頻率為1kHz，則32位的幀計數可提供時長為4194304s的計數時間，數據采集時間=幀計數時間+上電時間。幀標識的作用為標識一個數據幀的結束，以較小的數據幀為單位進行數據發送有助于差錯控制。各信號采集模塊經由中心節點模塊向上位機傳送數據時使用同一條傳輸通道，因此，中心節點模塊在傳輸層需將各功能模塊上傳的數據進行打包，在上傳數據包的前端及尾端增加不同的標識頭及標志尾，以供上位機判斷數據來源模塊。

2.3差錯控制如果采集數據中出現了與標識頭或標識尾相同的數據，且兩者間隔恰好與數據幀長度相同，則可能出現誤判斷，提取錯誤的采集量信息。因此中心模塊上傳數據時采用8字節急變數據作為標識頭及標識尾，從而與系統所需采集的緩變信號形成反差，降低誤判斷的概率。如：模擬采集量的包頭采用ABAB4545ABAB4545作為標識頭，在16位信號中ABAB為較大數據，而4545則為較小數據，這組數據重復出現的概率低，同理在包尾采用5454BABA5454BABA作為標識尾，這樣，兩組數據組成的標識結構可有效地將數據標識與采集信號分離，從而保證數據傳輸的可靠性。

3測試結果及分析

將設置好的數據（見圖5a）下發至信號源模塊，再以200Mbps的速率通過模擬量采集模塊讀回后進行數據分離、顯示。從讀回的數據中可看出模擬量采集模塊所上傳數據的標識頭及標識尾（見圖5b），將打包數據進行分包解析后，顯示出如圖5c的模擬量采集重現波形，與所設置波形、頻率、幅值、偏置值相一致。由實驗結果得知，本文中所研究的基于LVDS拓撲結構的信號采集系統工作可靠，通信協議在降低冗余性的基礎上保證了數據傳輸的可靠性；而模塊化的星型拓撲結構與專用采集系統相比，不僅繼承實時性強、易調試及高可靠性等優點，而且在通用性以及設計靈活性上都有所提高。

作者：陳昱同羅貴隆單位：山西職業技術學院