通信技術在三坐標測量系統中的應用

　　③I2C接收模塊[7]的FPGA實現

　　接收模塊接收到總線監視模塊發送來的起始位信號后，準備接收總線上的數據，接收到的地址后，判斷接收到的地址和電路板地址是否一致；當兩者一致時，向總線置應答信號ACK,繼續接收下面的數據，收到的數據置于接收ＦＩＦＯ中；如果地址不一致，則放棄總線。使用Modelsim對I2C接收模塊進行仿真如圖4。

　　I2CbusIsBusy：總線狀態；I2C_start：起始信號

　　myAddr：電路板的地址； rxBuf：接收寄存器

　　rxFIFO_wr：接收FIFO的寫信號

　　3、通訊協議

　　上位機和橋接板之間采用RS232總線進行數據傳輸，橋接卡和控制卡以及各個控制卡之間采用I2C總線進行數據的傳輸，通訊采用主叫和應答方式,數據傳輸中使用單片機進行解碼[8]。

　　主叫方發出指令后，等待對方響應，如果主叫方寫指令到被叫方，則被叫方收到指令執行操作后返回確認信號；如果從主叫方讀指令，則被叫方在下一時刻占用總線后發送數據到主叫方，主叫方在0.5s內沒有收到響應包，表明傳輸失敗。若連續3次沒有響應，則與對方通信連接失敗。

　　為了實現數據的一致性，RS-232和Ｉ２Ｃ總線采用相同的通信協議。

　　數據傳輸時以“包”進行封裝，中間加入長度位和奇偶校驗位。封裝格式：起始字符+長度字符 +序列號+源地址+目的地址包類型+傳輸數據+包校驗+結束字符；數據傳輸均采用ASCII碼。

　　包的定義：起始位定義為‘#’，占用一個字節，接收方接收到‘#’時，表明數據開始傳輸；長度字符定義為除起始字符、結束字符和校驗字符的所有原始字符的長度，占用一個字節；源地址：發送方地址，占用一個字節；目的地址：接收方地址，占用一個字節，當為‘00’時，定義為廣播地址；包類型：占用一個字節，表明數據的類型，接收方根據包類型執行對應操作；傳輸數據：控制量的大小；包校驗：定義為長度字符，源地址，目的地址，包類型和數據之和，占用兩個字節；結束位：定義為‘~’，當接收方接收到結束字符時，表明本包傳輸結束,對數據包進行處理，長度位和校驗位正確時執行指令，否則，放棄改數據包。

　　4、實驗結果

　　使用該通訊系統實現和四控制卡之間的通訊控制，使用串口助手進行數據收發，在發送數據間隔為5us的情況下對該通訊系統進行測試，在進行8小時的測試中，系統沒有出現數據丟失、錯誤、死機現象；使用廣播地址進行數據發送，返回信號正確，沒出現死機現象。

　　使用該通訊系統對四個電機進行控制，電機實際輸出情況如表1：

　　本實驗數據證明了該通訊系統的可用性及數據傳輸的準確性。

　　使用該系統采用廣播地址實現四個電機同步聯動，各個軸的運動情況如表2：

　　本實驗數據證明了各個電機實現了指定的轉動角度；各個軸運動期間，電機的狀態經過I2C總線[9]及RS-232總線通訊系統成功的發送到了上位機，通訊系統沒有出現死機和數據丟失，經過該實驗，證明了數據傳輸的正確性。

　　4、結論

　　本系統采用FPGA進行通訊系統的設計，提高了數據的傳輸率和準確性，實現了對控制機構及時、快速的控制，有效防止突發事件的處理，經實驗證明，本系統快速、準確的實現了數據的傳輸，可以有效快速的實現對電機的速度、位置控制、準確的讀取電機的編碼器信號。