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基本信息
- 項目名稱：
- 單總線接口時序分析儀
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 單總線是一種新型的、一線式總線接口技術(shù)，使用一根線就可以完成傳統(tǒng)總線接口需要許多接線才能完成的諸如控制、數(shù)據(jù)、地址等數(shù)據(jù)通訊，甚至實現(xiàn)供電；具有接口簡單、硬件開銷少、成本低、便于擴展等優(yōu)點，在汽車電子、測控、工業(yè)自動化、大眾消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。 單總線雖然在應(yīng)用上具有很多優(yōu)勢，但卻存在著故障檢測及開發(fā)調(diào)試難度都比較大的缺點。因為單總線在一根線上完成數(shù)據(jù)傳輸，傳統(tǒng)的示波器、邏輯分析儀等工具只能觀察單總線上的混合波形，無法確定波形是來自總線上主設(shè)備還是從設(shè)備，更無法準(zhǔn)確獲得在單總線上通訊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 研制一種能依據(jù)發(fā)送方的不同而分解單總線上的通訊信號，并進行信號分析的儀器有著重要的意義。在單總線故障維修、開發(fā)調(diào)試、通訊數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值。單總線接口時序分析儀集成了嵌入式系統(tǒng)、具有專利技術(shù)的單總線雙向通訊數(shù)據(jù)分解電路、真彩觸摸屏顯示等技術(shù)，實現(xiàn)了對單總線上傳輸信息的分離、檢測與識別，用戶可通過真彩觸摸液晶屏對波形進行分析、測量、縮放等操作，為開發(fā)、檢修人員剖析單總線傳輸信號提供有價值的信息。本作品的單總線雙向通訊協(xié)議分解電路已經(jīng)申請專利，專利申請?zhí)枺?00920137967。
- 詳細(xì)介紹：
- 單總線（1-WireBus）是美國的達拉斯半導(dǎo)體公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出的一種新型的、一線式總線接口技術(shù)。與目前常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通訊方式如SPI/I2C/MICROWIRE等總線不同的是，單總線僅使用一根信號線就可以完成傳統(tǒng)總線接口需要許多接線才能完成的諸如控制、數(shù)據(jù)、地址等數(shù)據(jù)通訊，甚至實現(xiàn)供電。單總線具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點，傳送的數(shù)字信號抗干擾性能好、可靠性高。它廣泛應(yīng)用在汽車電子、測控、工業(yè)自動化、大眾消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。 雖然單總線有著廣泛的應(yīng)用，但卻存在著故障檢測及開發(fā)調(diào)試難度都比較大的缺點。一旦單總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，常規(guī)的電子儀器是無法對這種采用新型單總線儀器的系統(tǒng)進行維護的。如常規(guī)的邏輯分析儀、示波器等設(shè)備檢測到的是在單總線上所有設(shè)備之間通訊的混合信號，無法區(qū)分信號的來源及時序等信息。而分析總線故障往往需要我們能夠辨別出單總線上具體的信號源即主設(shè)備、從設(shè)備以及其脈沖時序和時間寬度等信息，因此，怎樣將這些混合信號從這根單總線上分離出來又不影響到單總線上的正常通訊就顯得非常重要。 本作品（單總線接口時序分析儀）采用具有專利技術(shù)的單總線雙向通訊協(xié)議分解電路，并結(jié)合嵌入式等技術(shù)實現(xiàn)了單總線通訊信號的分離檢測及總線信號的智能分析，對基于單總線的設(shè)備的開發(fā)調(diào)試、故障定位分析、總線協(xié)議分析上都有很重要的應(yīng)用價值。單總線接口時序分析儀系統(tǒng)由信號分離器、數(shù)據(jù)采集器、用戶交互設(shè)備和采集點組成。 采集系統(tǒng)主要由信號分離電路和ARM主機控制模塊組成。其中信號分離技術(shù)是單總線檢測的重要技術(shù)，在信號的分離上選擇了一種巧妙的設(shè)計。信號分離器設(shè)計了四個外部接口，兩個端口接單總線兩端，另外兩個是信號提取輸出端。信號分離器對原有總線信號的時延很小，可以維持原有單總線的正常通訊，同時從兩個信號提取輸出端依據(jù)單總線上的信號來源不同分離出各自獨立的信號，由后續(xù)電路完成對這兩個信號的分析。這樣我們需要了解單總線上的具體細(xì)節(jié)信息如信號源、數(shù)據(jù)等時，只需原有的單總線線路斷開，接到分離器的2個單總線端口，再使用單總線時序分析儀接到信號提取端進行測試，就可以得到單總線上的時序信號分析結(jié)果，方便而且直觀。 ARM微控制器采用的是 LPC2132，主頻可達 60MHz，且為單指令周期，內(nèi)部自帶 2個串口，2個 32位定時器，帶 4路捕獲功能 。單總線時序周期一般為微秒級，采用 LPC2132可提高周期測量的精確度。另外，通過 LPC2132的捕獲功能，可方便實現(xiàn)對周期信號的時間測量。 顯示系統(tǒng)采用北京迪文科技有限公司的真彩觸摸液晶屏M600，支持中英文混和顯示和多國語言支持、更大的存儲空間和極快的圖像處理速度，以及專門針對工業(yè)自動化應(yīng)用的控制算法協(xié)處理器功能。 單總線時序分析儀通過啟動采集按鍵可以把當(dāng)前總線上傳送的波形采集下來，并在真彩觸摸屏上依據(jù)發(fā)送方的不同對波形進行重現(xiàn)。這樣使用者可以對信號的變化有一個很直觀的印象。系統(tǒng)還可對單總線上采集到的信號進行智能分析，判斷出當(dāng)前總線上傳遞的命令和數(shù)據(jù)，在顯示端反饋給使用者。停止按鍵按下，停止采集新的數(shù)據(jù)，便于用戶觀察。在真彩觸摸屏上可以對波形信號進行放大和縮小顯示，還可以將信號存儲起來，并調(diào)用多個波形信號進行對比分析。在觸摸屏上可以對高低電平的時間進行測量，用于實際的分析。此外，還可以通過串口直接將信息發(fā)送給主機，供調(diào)試人員查看或者高端軟件分析時序。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目的:隨著單總線在汽車電子、測控、工業(yè)自動化、大眾消費電子產(chǎn)品等一些領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用， 單總線技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。若應(yīng)用單總線的系統(tǒng)發(fā)生故障，由于目前國內(nèi)還沒有能夠檢測此類故障的儀器，使檢修人員無法在短時間內(nèi)準(zhǔn)確找到故障所在，給檢修帶來不便。顧名思義，單總線就是在一根線上進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸，所以常規(guī)的邏輯分析儀、示波器等設(shè)備無法對混合通訊信號進行有效的分離和檢測。對于正在蓬勃發(fā)展的單總線市場來說，研制一種能對單總線信號進行智能分析的儀器無疑具有現(xiàn)實意義?；舅悸?采集系統(tǒng)利用獨特設(shè)計的單總線信號分離電路與ARM做成的設(shè)備對單總線上的信號進行分離采集和處理，將處理后的結(jié)果通過真彩觸摸液晶屏顯示出來。 創(chuàng)新點: (1)獨特設(shè)計的信號分離器，不影響原有單總線上的設(shè)備通信； (2)單總線波形的智能分析功能，識別分析出總線上的通信數(shù)據(jù)； (3)采用真彩觸摸液晶屏，人性化的操控設(shè)備。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)分離器的可靠性，傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性； (2)單總線時序脈寬的測量精度； (3)單總線數(shù)據(jù)的智能分析技術(shù)； (4)良好用戶交互界面。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.波形采集精度達1微秒； 2.顯示屏分辯率800×600，真彩液晶觸摸屏； 3.波形單次采集深度為400點； 4.存儲波形為1000條； 5.工作溫度范圍-45℃~80℃。
科學(xué)性、先進性
- 在檢測和維修此類單總線接口的電子儀器系統(tǒng)，傳統(tǒng)采用示波器、邏輯分析儀等工具只能觀察單總線上的波形，無法確定波形是來自主機控制設(shè)備還是從機設(shè)備，更無法準(zhǔn)確的獲得在單總線上通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 嵌入式單總線接口時序分析儀可以將主設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)與從設(shè)備輸?shù)臄?shù)據(jù)識別出來，并這些波形進行分析、檢測。并能通過串口輸出整個通信過程中主從雙方的輸出信號交替過程及信號周期，從而實現(xiàn)對單總線時序進行分析調(diào)試。 單總線分析器對原有的通信延時和信號幅度影響極小，能夠保持原有的通信時序。基于嵌入式ARM系統(tǒng)研制的單總線時序分析儀，通過真彩觸摸液晶顯示屏顯示波形，為單總線軟件設(shè)計的時序調(diào)試提供了方便。也可以應(yīng)用在其他單總線的時序分析中。 據(jù)了解，目前國內(nèi)無此類似功能的儀器。隨著單總線的應(yīng)用廣泛，此類系統(tǒng)若發(fā)生故障，檢測起來必定要花上大量的時間，特別是對必須要實時檢測的系統(tǒng)，因發(fā)生故障，無法及時處理，影響整個系統(tǒng)的正常運行。因此研制一種能對單總線信號進行智能分析的儀器無疑具有現(xiàn)實意義。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月4日提出專利申請，專利號：200920137967。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明： 單總線接口時序分析儀通過啟動采集按鍵可以把當(dāng)前當(dāng)總線上傳送的波形采集下來，并在真彩觸摸屏上對波形進行重現(xiàn)。我們還對單總線上采集到的信號進行智能分析，判斷出當(dāng)前總線上傳遞的命令和數(shù)據(jù)，在顯示端反饋給使用者。停止按鍵按下，則不再采集新的數(shù)據(jù)。在真彩觸摸屏上可以對波形信號進行放大和縮小顯示，還可以將信號存儲起來，并調(diào)用多個波形信號進行對比分析。在觸摸屏上可以對高低電平的時間進行測量，用于實際的分析。 系統(tǒng)特點和優(yōu)勢： ⑴分離器對單總線信號的時延小，不影響原有總線的通信，分離的主從設(shè)備信號脈寬采集準(zhǔn)確。 ⑵波形的智能分析技術(shù)，人性化的人機交互界面，操作便捷； 應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益： 現(xiàn)在市面上并沒有類似于本設(shè)備功能的儀器研發(fā)出來，所以一但本設(shè)備開發(fā)出來，由于應(yīng)用范圍很廣，所以可以很快在其應(yīng)用場合裝配，實現(xiàn)巨大的經(jīng)濟效益。設(shè)備可以在總線上發(fā)生故障之后迅速檢測到故障所在，及時報給檢修人員，節(jié)省了故障檢修人員的時間去排錯，大大提高了工作效率。
同類課題研究水平概述
- 根據(jù)中國知識資源總庫搜索檢索到的文獻資料顯示：多數(shù)文獻從不同角度闡述了單總線技術(shù)的優(yōu)勢，它被廣泛應(yīng)用于汽車電子、測控、工業(yè)自動化、大眾消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。并且指出隨著新的單總線器件的研發(fā)，單總線技術(shù)擁有著廣闊的前景。雖然一些文獻資料指出，單總線器件的操作中時序要求高，波形檢測比較困難，設(shè)計需要嚴(yán)格控制通訊時序，但沒有文獻提出檢測單總線通訊信號的技術(shù)手段。 在中國專利檢索數(shù)據(jù)庫檢索關(guān)于單總線專利中，除了本項目成員提出的《單總線接口時序分析儀》等相關(guān)專利外，“一種單總線主備保護設(shè)備串行總線故障檢測方法”（200710000204）和“單總線直流接地故障在線自動監(jiān)測裝置”（200810051227）兩個專利和本項目工作最為相近。但是“一種單總線主備保護設(shè)備串行總線故障檢測方法”這個專利提出是采用另加一個監(jiān)測點來判斷總線是否有故障，而不能實現(xiàn)對單總線上主從設(shè)備通訊信號的分離、記錄、分析等功能。而另一個專利“單總線直流接地故障在線自動監(jiān)測裝置”涉及的本項目的功能就更少了，這個專利主要是針對總線接地的故障的判斷識別，而這只是本項目軟件的其中一個功能。 通過各種方法收集資料，目前還未發(fā)現(xiàn)國外有相關(guān)功能的產(chǎn)品。 總之，目前市場上還沒有一種儀器可以準(zhǔn)確的對單總線通訊波形進行分解，從而有效的檢測與分析通訊信號，這給開發(fā)、檢修人員造成了極大的不便。隨著單總線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，市場迫切需要這樣一款實用的單總線信號分析儀。
