专利名称：一种数据波特率自适应数模转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数模转换装置，特别涉及能够对非标准RS485信号进行采集及数 模转换的一种数据波特率自适应数模转换装置。
背景技术：
RS485作为一种串行接口标准，具有抑制共模干扰的能力。具体地，使用一对双绞 线进行差分传输将其中一线定义为A，另一线定义为B ；通常情况下，发送驱动器A、B之间 的正电平在+2 +6V，对应着逻辑状态‘1，；负电平在-2V -6V，对应着逻辑状态‘0’。RS485的编码方式，优点是简单高效，配合高灵敏度的总线收发器，能检测低至 200mV的电压，使以RS485标准传输的信号能在千米以外得到恢复，在信号传输中得到广泛 的应用。但是在信号传输中也存在着一些缺点，如不能携带时钟同步信号以及存在直流分量等。为了解决这些问题，现有一些设备对传输数据信号采用新的数据编码方式，例如 曼切斯特编码，用电压跳变的不同来区分1和0。由于在每一个码元的中间都发生跳变，接 收端可以方便地利用它作为位同步时钟，同时也有效地避免了直流分量，提高了数据传输 的可靠性。但是，对于这些编码的解码则较为麻烦。因此，目前还有一些传感器，采用了一种新的非标准RS485信号传输方式，该信号 的编码方式类似于曼切斯特编码，但与曼切斯特编码却又不同。非标准RS485信号的每一 个信号中间都发生由‘1’向‘0’的跳变，采用电压跳变时间的不同来区分‘1’和‘0’ 每个 码元中如果在3/4处发生跳变，则该信号为‘1’(以下简称“非标‘1’”)，在1/4处发生跳变 则该信号为‘0’(以下简称“非标‘0’”)。这些信号的协议格式类似于RS485协议，但与标 准的485信号格式不同的是若传输η位数据，则用连续η位非标‘1’加1位非标‘0’作为 信号的起始位。这些设备的非标准RS-485信号往往还具有不同的数据位以及不同的波特率(一 般在500Khz至IMhz之间)。然而，常规的方法只能机械的针对单独一种波特率及数据格式 进行解码识别，无法对输入的波特率及格式进行自适应识别解码，给后端的数模转换及采 集带来了很大困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种数据波特率自适应数模转换装置，可对多路不同波特率 的非标准RS485信号进行解码识别，并能对得到的有效数据进行多路数模转换；同时基于 复杂可编程逻辑器件(CPLD)的解决方案便于系统集成化，大大降低系统的开发成本。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种数据波特率自适应数模转换装 置，包含
若干并行的收发器，对应接收外部输入的波特率不同的若干路非标准RS485差分信 号，并转换成若干路TTL信号；数据隔离器，与所述若干收发器连接，对若干路所述TTL信号进行隔离后输出，使隔离 后的所述TTL信号保留有所述非标准RS485差分信号的固有编码特征；
CPLD数据处理模块，与所述数据隔离器连接，对隔离后的所述若干路TTL信号的不同 波特率进行同步并进行数据解码；
若干并行的数模转换器，与所述CPLD数据处理模块连接，对解码后的数据进行数模转换。对应η路输入信号，所述CPLD数据处理模块中对应设置有η组并行的信号处理模 块；每一路所述信号处理模块，进一步包含依次连接的波特率自适应与0/1识别子模块、数 据解码子模块和写操作子模块。所述波特率自适应与0/1识别子模块，对经过隔离的TTL信号进行波特率自适应， 并对该TTL信号进行采样计数，输出具有统一速率的有效数据序列。所述数据解码子模块接收所述有效数据序列，通过比对固有编码特征，得到有用 数据。所述写操作子模块控制所述有用数据的写时序，并把该有用数据输出至所述数模 转换器。所述数模转换器与所述写操作子模块通过串行接口连接；由所述写操作子模块输 出的有用数据与写时钟驱动，所述数模转换器将所述有用数据转换成模拟信号输出。与现有技术相比，本发明数据波特率自适应数模转换装置，以可编程器件CPLD数 据处理模块为核心，解决了不同波特率的多路非标准RS485信号的采样和解码辨识，从而 扩大了信号的输入范围。同时，利用CPLD数据处理模块的并行处理结构，可方便扩展输入 信号的路数，提高了数据处理的实时效率，配合连接带串行接口的多个数模转换器，进一步 实现了多路数字信号到模拟信号的转换，因而本发明具有自适应性强、集成度高、稳定可 靠、设备成本低以及使用方便的有益效果，也为该类非标准RS485信号的后续数据采集的 可靠实施提供了保障。
图1是本发明数据波特率自适应数模转换装置的电路原理示意图2是本发明数据波特率自适应数模转换装置中CPLD数据处理模块的其中一路信号 处理模块的示意图。
具体实施例方式以下结合
本发明的具体实施方式
。如图1所示，本发明所述数据波特率自适应数模转换装置，包含若干并行的收发 器10、数据隔离器20、CPLD数据处理模块30和若干并行的数模转换器40，其依次连接，对 非标准RS485差分信号进行解码及数模转换。其中，对应接收外部输入的η路非标准RS485差分信号，设置有η个所述收发器 10。所述η路非标准RS485差分信号具有不同的波特率，经过所述收发器10转换，得到η 路TTL信号(晶体管-晶体管逻辑电平信号)的数据流，并一起输出至数据隔离器20。使用 型号为isl83485的收发器10，其转换建立的最大时间为20ns。
所述数据隔离器20，单向输出至所述CPLD数据处理模块30，用于所述η路TTL信 号与CPLD数据处理模块30之间的信号隔离，避免异常输入的RS485信号损坏所述CPLD数 据处理模块30。使用型号为U16245的数据隔离器20，其转换建立的最大时间为30ns。配合参加图1、图2所示，CPLD数据处理模块30，用于对输入的η路非标准RS485 差分信号的波特率进行同步和数据解码。针对η路输入信号，CPLD数据处理模块30中对 应设置有η组信号处理模块，该η组信号处理模块是相互独立且并行处理的。所述CPLD数据处理模块30的每一路信号处理模块，进一步包含波特率自适应与 0/1识别子模块31、数据解码子模块32和写操作子模块33。所述CPLD数据处理模块30使用 Altera公司的EPM1270 ；所述三个子模块，可使用硬件可编程语言VHDL编写，基于Altera 公司的Qimrtus II 8. 0开发平台编译、综合、仿真，最后通过烧写器下载到所述CPLD数据 处理模块30中运行；所述三个子模块之间是通过CPLD数据处理模块30的内部布线依次连 接的。具体地，经过数据隔离器20隔离后的TTL信号，保持其固有的编码特性，并输入至 所述波特率自适应与0/1识别子模块31。该子模块对输入的TTL信号进行波特率自适应， 从而保证了不同输入波特率的信号进入该子模块都可以工作。该子模块的第二个功能是从 波特率自适应后的信号中提取得到信号高(‘1’)和信号低(‘0’ )的有效数据序列。本发明 中使用高频时钟源对信号进行采样计数，如果信号高计数值是信号低计数值的3倍，则该 信号为‘1’，如果信号高计数值是信号低计数值的1/3，该信号为‘0’，从而得到有效数据序 列。有效数据序列输入到数据解码子模块32，该子模块主要完成数据的解码工作，即 从有效数据序列得到有用数据。由于输入信号带有前导码，数据解码子模块32—一比对收 到的前导码，如果一致，则把前导码后的12位有用数据送给写操作子模块33，如果比对不 一致，则抛弃该组数据。写操作子模块33，与后续数模转换器40的芯片相匹配，其以固定的速率把所述有 用数据逐位依次输出给数模转换器40 ；如果有用数据没有变化，所述写操作子模块33则保 持输出数据不变。η路所述数模转换器40，分别通过串行接口与所述CPLD数据处理模块30连接；通 过所述写操作子模块33输出的有用数据与写时钟驱动，由与其相对应的一路数模转换器 40将所述有用数据转换成模拟信号输出。使用AD公司型号为DAC8512的芯片构成所述η 路数模转换器40。综上所述，本发明数据波特率自适应数模转换装置，以可编程器件CPLD数据处理 模块为核心，解决了不同波特率的多路非标准RS485信号的采样和解码辨识，从而扩大了 信号的输入范围。同时，利用CPLD数据处理模块的并行处理结构，可方便扩展输入信号的 路数，配合连接串行接口的多个数模转换器，进一步实现数字信号到模拟信号的转换，提高 了数据处理的实时效率，因而本发明具有自适应性强、集成度高、稳定可靠、设备成本低以及 使用方便的有益效果，也为该类非标准RS485信号的后续数据采集的可靠实施提供了保障。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，包含若干并行的收发器(10)，对应接收外部输入的波特率不同的若干路非标准RS485差分 信号，并转换成若干路TTL信号；数据隔离器(20)，与所述若干收发器(10)连接，对若干路所述TTL信号进行隔离后输 出，使隔离后的所述TTL信号保留有所述非标准RS485差分信号的固有编码特征；CPLD数据处理模块(30)，与所述数据隔离器(20)连接，对隔离后的所述若干路TTL信 号的不同波特率进行同步并进行数据解码；若干并行的数模转换器(40)，与所述CPLD数据处理模块(30)连接，对解码后的数据进 行数模转换。
2.如权利要求1所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，对应η路输入信 号，所述CPLD数据处理模块(30)中对应设置有η组并行的信号处理模块；每一路所述信号 处理模块，进一步包含依次连接的波特率自适应与0/1识别子模块(31)、数据解码子模块 (32)和写操作子模块(33)。
3.如权利要求2所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述波特率自 适应与0/1识别子模块(31 )，对经过隔离的TTL信号进行波特率自适应，并对该TTL信号进 行采样计数，输出具有统一速率的有效数据序列。
4.如权利要求3所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述数据解码 子模块(32)接收所述有效数据序列，通过比对固有编码特征，得到有用数据。
5.如权利要求4所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述写操作子 模块(33)控制所述有用数据的写时序，并把该有用数据输出至所述数模转换器(40)。
6.如权利要求5所述的数据波特率自适应数模转换装置，其特征在于，所述数模转换 器(40)与所述写操作子模块(33)通过串行接口连接；由所述写操作子模块(33)输出的有 用数据与写时钟驱动，所述数模转换器(40)将所述有用数据转换成模拟信号输出。
全文摘要
一种数据波特率自适应数模转换装置，包含若干并行收发器，对应接收波特率不同的若干路非标准RS485差分信号，并转换成TTL信号；数据隔离器，对TTL信号进行隔离后输出；CPLD数据处理模块，对隔离后的TTL信号的不同波特率进行同步和数据解码；若干并行数模转换器，对解码后的数据进行数模转换。本发明以可编程器件CPLD数据处理模块为核心，解决了不同波特率的多路非标准RS485信号的采样和解码辨识，扩大了信号的输入范围。利用CPLD数据处理模块的并行处理结构，方便扩展输入信号的路数，提高了数据处理的实时效率，配合多个数模转换器，进一步实现了多路数字信号到模拟信号的转换，本发明自适应性强、集成度高、稳定可靠、设备成本低并且使用方便。
文档编号H03M1/66GK102098055SQ20101060909
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者叶丰, 张驰, 徐清华, 成广伟, 李文沛, 袁亦竑, 赵亚军, 邵俊昌, 陈定祥 申请人:上海磁浮交通发展有限公司, 上海磁浮交通工程技术研究中心