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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 單總線接口時(shí)序分析儀
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)供電；具有接口簡(jiǎn)單、硬件開銷少、成本低、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在汽車電子、測(cè)控、工業(yè)自動(dòng)化、大眾消費(fèi)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(shì)，但卻存在著故障檢測(cè)及開發(fā)調(diào)試難度都比較大的缺點(diǎn)。因?yàn)閱慰偩€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(wú)法確定波形是來(lái)自總線上主設(shè)備還是從設(shè)備，更無(wú)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(hào)，并進(jìn)行信號(hào)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(jià)值。單總線接口時(shí)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(shí)現(xiàn)了對(duì)單總線上傳輸信息的分離、檢測(cè)與識(shí)別，用戶可通過(guò)真彩觸摸液晶屏對(duì)波形進(jìn)行分析、測(cè)量、縮放等操作，為開發(fā)、檢修人員剖析單總線傳輸信號(hào)提供有價(jià)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(qǐng)專利，專利申請(qǐng)?zhí)枺?00920137967。
- 詳細(xì)介紹：
- 單總線（1-WireBus）是美國(guó)的達(dá)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(hào)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(shí)現(xiàn)供電。單總線具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，傳送的數(shù)字信號(hào)抗干擾性能好、可靠性高。它廣泛應(yīng)用在汽車電子、測(cè)控、工業(yè)自動(dòng)化、大眾消費(fèi)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(cè)及開發(fā)調(diào)試難度都比較大的缺點(diǎn)。一旦單總線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，常規(guī)的電子儀器是無(wú)法對(duì)這種采用新型單總線儀器的系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)的。如常規(guī)的邏輯分析儀、示波器等設(shè)備檢測(cè)到的是在單總線上所有設(shè)備之間通訊的混合信號(hào)，無(wú)法區(qū)分信號(hào)的來(lái)源及時(shí)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(hào)源即主設(shè)備、從設(shè)備以及其脈沖時(shí)序和時(shí)間寬度等信息，因此，怎樣將這些混合信號(hào)從這根單總線上分離出來(lái)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(shí)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(shí)現(xiàn)了單總線通訊信號(hào)的分離檢測(cè)及總線信號(hào)的智能分析，對(duì)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(jià)值。單總線接口時(shí)序分析儀系統(tǒng)由信號(hào)分離器、數(shù)據(jù)采集器、用戶交互設(shè)備和采集點(diǎn)組成。 采集系統(tǒng)主要由信號(hào)分離電路和ARM主機(jī)控制模塊組成。其中信號(hào)分離技術(shù)是單總線檢測(cè)的重要技術(shù)，在信號(hào)的分離上選擇了一種巧妙的設(shè)計(jì)。信號(hào)分離器設(shè)計(jì)了四個(gè)外部接口，兩個(gè)端口接單總線兩端，另外兩個(gè)是信號(hào)提取輸出端。信號(hào)分離器對(duì)原有總線信號(hào)的時(shí)延很小，可以維持原有單總線的正常通訊，同時(shí)從兩個(gè)信號(hào)提取輸出端依據(jù)單總線上的信號(hào)來(lái)源不同分離出各自獨(dú)立的信號(hào)，由后續(xù)電路完成對(duì)這兩個(gè)信號(hào)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(hào)源、數(shù)據(jù)等時(shí)，只需原有的單總線線路斷開，接到分離器的2個(gè)單總線端口，再使用單總線時(shí)序分析儀接到信號(hào)提取端進(jìn)行測(cè)試，就可以得到單總線上的時(shí)序信號(hào)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(dá) 60MHz，且為單指令周期，內(nèi)部自帶 2個(gè)串口，2個(gè) 32位定時(shí)器，帶 4路捕獲功能 。單總線時(shí)序周期一般為微秒級(jí)，采用 LPC2132可提高周期測(cè)量的精確度。另外，通過(guò) LPC2132的捕獲功能，可方便實(shí)現(xiàn)對(duì)周期信號(hào)的時(shí)間測(cè)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(guó)語(yǔ)言支持、更大的存儲(chǔ)空間和極快的圖像處理速度，以及專門針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的控制算法協(xié)處理器功能。 單總線時(shí)序分析儀通過(guò)啟動(dòng)采集按鍵可以把當(dāng)前總線上傳送的波形采集下來(lái)，并在真彩觸摸屏上依據(jù)發(fā)送方的不同對(duì)波形進(jìn)行重現(xiàn)。這樣使用者可以對(duì)信號(hào)的變化有一個(gè)很直觀的印象。系統(tǒng)還可對(duì)單總線上采集到的信號(hào)進(jìn)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(duì)波形信號(hào)進(jìn)行放大和縮小顯示，還可以將信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，并調(diào)用多個(gè)波形信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析。在觸摸屏上可以對(duì)高低電平的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，用于實(shí)際的分析。此外，還可以通過(guò)串口直接將信息發(fā)送給主機(jī)，供調(diào)試人員查看或者高端軟件分析時(shí)序。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的:隨著單總線在汽車電子、測(cè)控、工業(yè)自動(dòng)化、大眾消費(fèi)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(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠檢測(cè)此類故障的儀器，使檢修人員無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確找到故障所在，給檢修帶來(lái)不便。顧名思義，單總線就是在一根線上進(jìn)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(wú)法對(duì)混合通訊信號(hào)進(jìn)行有效的分離和檢測(cè)。對(duì)于正在蓬勃發(fā)展的單總線市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，研制一種能對(duì)單總線信號(hào)進(jìn)行智能分析的儀器無(wú)疑具有現(xiàn)實(shí)意義?；舅悸?采集系統(tǒng)利用獨(dú)特設(shè)計(jì)的單總線信號(hào)分離電路與ARM做成的設(shè)備對(duì)單總線上的信號(hào)進(jìn)行分離采集和處理，將處理后的結(jié)果通過(guò)真彩觸摸液晶屏顯示出來(lái)。 創(chuàng)新點(diǎn): (1)獨(dú)特設(shè)計(jì)的信號(hào)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(shí)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(shí)序脈寬的測(cè)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(dá)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(diǎn)； 4.存儲(chǔ)波形為1000條； 5.工作溫度范圍-45℃~80℃。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在檢測(cè)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(wú)法確定波形是來(lái)自主機(jī)控制設(shè)備還是從機(jī)設(shè)備，更無(wú)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(shí)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(shí)別出來(lái)，并這些波形進(jìn)行分析、檢測(cè)。并能通過(guò)串口輸出整個(gè)通信過(guò)程中主從雙方的輸出信號(hào)交替過(guò)程及信號(hào)周期，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單總線時(shí)序進(jìn)行分析調(diào)試。 單總線分析器對(duì)原有的通信延時(shí)和信號(hào)幅度影響極小，能夠保持原有的通信時(shí)序。基于嵌入式ARM系統(tǒng)研制的單總線時(shí)序分析儀，通過(guò)真彩觸摸液晶顯示屏顯示波形，為單總線軟件設(shè)計(jì)的時(shí)序調(diào)試提供了方便。也可以應(yīng)用在其他單總線的時(shí)序分析中。 據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)無(wú)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(cè)起來(lái)必定要花上大量的時(shí)間，特別是對(duì)必須要實(shí)時(shí)檢測(cè)的系統(tǒng)，因發(fā)生故障，無(wú)法及時(shí)處理，影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此研制一種能對(duì)單總線信號(hào)進(jìn)行智能分析的儀器無(wú)疑具有現(xiàn)實(shí)意義。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月4日提出專利申請(qǐng)，專利號(hào)：200920137967。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 單總線接口時(shí)序分析儀通過(guò)啟動(dòng)采集按鍵可以把當(dāng)前當(dāng)總線上傳送的波形采集下來(lái)，并在真彩觸摸屏上對(duì)波形進(jìn)行重現(xiàn)。我們還對(duì)單總線上采集到的信號(hào)進(jìn)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(duì)波形信號(hào)進(jìn)行放大和縮小顯示，還可以將信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，并調(diào)用多個(gè)波形信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析。在觸摸屏上可以對(duì)高低電平的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，用于實(shí)際的分析。 系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： ⑴分離器對(duì)單總線信號(hào)的時(shí)延小，不影響原有總線的通信，分離的主從設(shè)備信號(hào)脈寬采集準(zhǔn)確。 ⑵波形的智能分析技術(shù)，人性化的人機(jī)交互界面，操作便捷； 應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益： 現(xiàn)在市面上并沒(méi)有類似于本設(shè)備功能的儀器研發(fā)出來(lái)，所以一但本設(shè)備開發(fā)出來(lái)，由于應(yīng)用范圍很廣，所以可以很快在其應(yīng)用場(chǎng)合裝配，實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備可以在總線上發(fā)生故障之后迅速檢測(cè)到故障所在，及時(shí)報(bào)給檢修人員，節(jié)省了故障檢修人員的時(shí)間去排錯(cuò)，大大提高了工作效率。
同類課題研究水平概述
- 根據(jù)中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)搜索檢索到的文獻(xiàn)資料顯示：多數(shù)文獻(xiàn)從不同角度闡述了單總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，它被廣泛應(yīng)用于汽車電子、測(cè)控、工業(yè)自動(dòng)化、大眾消費(fèi)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(xiàn)資料指出，單總線器件的操作中時(shí)序要求高，波形檢測(cè)比較困難，設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格控制通訊時(shí)序，但沒(méi)有文獻(xiàn)提出檢測(cè)單總線通訊信號(hào)的技術(shù)手段。 在中國(guó)專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)檢索關(guān)于單總線專利中，除了本項(xiàng)目成員提出的《單總線接口時(shí)序分析儀》等相關(guān)專利外，“一種單總線主備保護(hù)設(shè)備串行總線故障檢測(cè)方法”（200710000204）和“單總線直流接地故障在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置”（200810051227）兩個(gè)專利和本項(xiàng)目工作最為相近。但是“一種單總線主備保護(hù)設(shè)備串行總線故障檢測(cè)方法”這個(gè)專利提出是采用另加一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)來(lái)判斷總線是否有故障，而不能實(shí)現(xiàn)對(duì)單總線上主從設(shè)備通訊信號(hào)的分離、記錄、分析等功能。而另一個(gè)專利“單總線直流接地故障在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置”涉及的本項(xiàng)目的功能就更少了，這個(gè)專利主要是針對(duì)總線接地的故障的判斷識(shí)別，而這只是本項(xiàng)目軟件的其中一個(gè)功能。 通過(guò)各種方法收集資料，目前還未發(fā)現(xiàn)國(guó)外有相關(guān)功能的產(chǎn)品。 總之，目前市場(chǎng)上還沒(méi)有一種儀器可以準(zhǔn)確的對(duì)單總線通訊波形進(jìn)行分解，從而有效的檢測(cè)與分析通訊信號(hào)，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(chǎng)迫切需要這樣一款實(shí)用的單總線信號(hào)分析儀。
