基本信息
- 项目名称：
- 单总线接口时序分析仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 单总线是一种新型的、一线式总线接口技术，使用一根线就可以完成传统总线接口需要许多接线才能完成的诸如控制、数据、地址等数据通讯，甚至实现供电；具有接口简单、硬件开销少、成本低、便于扩展等优点，在汽车电子、测控、工业自动化、大众消费电子产品等领域有广泛的应用。 单总线虽然在应用上具有很多优势，但却存在着故障检测及开发调试难度都比较大的缺点。因为单总线在一根线上完成数据传输，传统的示波器、逻辑分析仪等工具只能观察单总线上的混合波形，无法确定波形是来自总线上主设备还是从设备，更无法准确获得在单总线上通讯传输的数据。 研制一种能依据发送方的不同而分解单总线上的通讯信号，并进行信号分析的仪器有着重要的意义。在单总线故障维修、开发调试、通讯数据分析等领域有着广泛的应用价值。单总线接口时序分析仪集成了嵌入式系统、具有专利技术的单总线双向通讯数据分解电路、真彩触摸屏显示等技术，实现了对单总线上传输信息的分离、检测与识别，用户可通过真彩触摸液晶屏对波形进行分析、测量、缩放等操作，为开发、检修人员剖析单总线传输信号提供有价值的信息。本作品的单总线双向通讯协议分解电路已经申请专利，专利申请号：200920137967。
- 详细介绍：
- 单总线（1-WireBus）是美国的达拉斯半导体公司（DALLAS SEMICONDUCTOR）推出的一种新型的、一线式总线接口技术。与目前常规的标准串行数据通讯方式如SPI/I2C/MICROWIRE等总线不同的是，单总线仅使用一根信号线就可以完成传统总线接口需要许多接线才能完成的诸如控制、数据、地址等数据通讯，甚至实现供电。单总线具有节省I/O口线资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等诸多优点，传送的数字信号抗干扰性能好、可靠性高。它广泛应用在汽车电子、测控、工业自动化、大众消费电子产品等领域。 虽然单总线有着广泛的应用，但却存在着故障检测及开发调试难度都比较大的缺点。一旦单总线系统出现故障，常规的电子仪器是无法对这种采用新型单总线仪器的系统进行维护的。如常规的逻辑分析仪、示波器等设备检测到的是在单总线上所有设备之间通讯的混合信号，无法区分信号的来源及时序等信息。而分析总线故障往往需要我们能够辨别出单总线上具体的信号源即主设备、从设备以及其脉冲时序和时间宽度等信息，因此，怎样将这些混合信号从这根单总线上分离出来又不影响到单总线上的正常通讯就显得非常重要。 本作品（单总线接口时序分析仪）采用具有专利技术的单总线双向通讯协议分解电路，并结合嵌入式等技术实现了单总线通讯信号的分离检测及总线信号的智能分析，对基于单总线的设备的开发调试、故障定位分析、总线协议分析上都有很重要的应用价值。单总线接口时序分析仪系统由信号分离器、数据采集器、用户交互设备和采集点组成。 采集系统主要由信号分离电路和ARM主机控制模块组成。其中信号分离技术是单总线检测的重要技术，在信号的分离上选择了一种巧妙的设计。信号分离器设计了四个外部接口，两个端口接单总线两端，另外两个是信号提取输出端。信号分离器对原有总线信号的时延很小，可以维持原有单总线的正常通讯，同时从两个信号提取输出端依据单总线上的信号来源不同分离出各自独立的信号，由后续电路完成对这两个信号的分析。这样我们需要了解单总线上的具体细节信息如信号源、数据等时，只需原有的单总线线路断开，接到分离器的2个单总线端口，再使用单总线时序分析仪接到信号提取端进行测试，就可以得到单总线上的时序信号分析结果，方便而且直观。 ARM微控制器采用的是 LPC2132，主频可达 60MHz，且为单指令周期，内部自带 2个串口，2个 32位定时器，带 4路捕获功能 。单总线时序周期一般为微秒级，采用 LPC2132可提高周期测量的精确度。另外，通过 LPC2132的捕获功能，可方便实现对周期信号的时间测量。 显示系统采用北京迪文科技有限公司的真彩触摸液晶屏M600，支持中英文混和显示和多国语言支持、更大的存储空间和极快的图像处理速度，以及专门针对工业自动化应用的控制算法协处理器功能。 单总线时序分析仪通过启动采集按键可以把当前总线上传送的波形采集下来，并在真彩触摸屏上依据发送方的不同对波形进行重现。这样使用者可以对信号的变化有一个很直观的印象。系统还可对单总线上采集到的信号进行智能分析，判断出当前总线上传递的命令和数据，在显示端反馈给使用者。停止按键按下，停止采集新的数据，便于用户观察。在真彩触摸屏上可以对波形信号进行放大和缩小显示，还可以将信号存储起来，并调用多个波形信号进行对比分析。在触摸屏上可以对高低电平的时间进行测量，用于实际的分析。此外，还可以通过串口直接将信息发送给主机，供调试人员查看或者高端软件分析时序。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的:随着单总线在汽车电子、测控、工业自动化、大众消费电子产品等一些领域的广泛应用， 单总线技术得到了前所未有的发展。若应用单总线的系统发生故障，由于目前国内还没有能够检测此类故障的仪器，使检修人员无法在短时间内准确找到故障所在，给检修带来不便。顾名思义，单总线就是在一根线上进行数据的双向传输，所以常规的逻辑分析仪、示波器等设备无法对混合通讯信号进行有效的分离和检测。对于正在蓬勃发展的单总线市场来说，研制一种能对单总线信号进行智能分析的仪器无疑具有现实意义。基本思路:采集系统利用独特设计的单总线信号分离电路与ARM做成的设备对单总线上的信号进行分离采集和处理，将处理后的结果通过真彩触摸液晶屏显示出来。 创新点: (1)独特设计的信号分离器，不影响原有单总线上的设备通信； (2)单总线波形的智能分析功能，识别分析出总线上的通信数据； (3)采用真彩触摸液晶屏，人性化的操控设备。 技术关键： (1)分离器的可靠性，传输数据的准确性； (2)单总线时序脉宽的测量精度； (3)单总线数据的智能分析技术； (4)良好用户交互界面。 主要技术指标： 1.波形采集精度达1微秒； 2.显示屏分辩率800×600，真彩液晶触摸屏； 3.波形单次采集深度为400点； 4.存储波形为1000条； 5.工作温度范围-45℃~80℃。
科学性、先进性
- 在检测和维修此类单总线接口的电子仪器系统，传统采用示波器、逻辑分析仪等工具只能观察单总线上的波形，无法确定波形是来自主机控制设备还是从机设备，更无法准确的获得在单总线上通信传输的数据。 嵌入式单总线接口时序分析仪可以将主设备传输的数据与从设备输的数据识别出来，并这些波形进行分析、检测。并能通过串口输出整个通信过程中主从双方的输出信号交替过程及信号周期，从而实现对单总线时序进行分析调试。 单总线分析器对原有的通信延时和信号幅度影响极小，能够保持原有的通信时序。基于嵌入式ARM系统研制的单总线时序分析仪，通过真彩触摸液晶显示屏显示波形，为单总线软件设计的时序调试提供了方便。也可以应用在其他单总线的时序分析中。 据了解，目前国内无此类似功能的仪器。随着单总线的应用广泛，此类系统若发生故障，检测起来必定要花上大量的时间，特别是对必须要实时检测的系统，因发生故障，无法及时处理，影响整个系统的正常运行。因此研制一种能对单总线信号进行智能分析的仪器无疑具有现实意义。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月4日提出专利申请，专利号：200920137967。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、图片、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 单总线接口时序分析仪通过启动采集按键可以把当前当总线上传送的波形采集下来，并在真彩触摸屏上对波形进行重现。我们还对单总线上采集到的信号进行智能分析，判断出当前总线上传递的命令和数据，在显示端反馈给使用者。停止按键按下，则不再采集新的数据。在真彩触摸屏上可以对波形信号进行放大和缩小显示，还可以将信号存储起来，并调用多个波形信号进行对比分析。在触摸屏上可以对高低电平的时间进行测量，用于实际的分析。 系统特点和优势： ⑴分离器对单总线信号的时延小，不影响原有总线的通信，分离的主从设备信号脉宽采集准确。 ⑵波形的智能分析技术，人性化的人机交互界面，操作便捷； 应用前景和经济效益： 现在市面上并没有类似于本设备功能的仪器研发出来，所以一但本设备开发出来，由于应用范围很广，所以可以很快在其应用场合装配，实现巨大的经济效益。设备可以在总线上发生故障之后迅速检测到故障所在，及时报给检修人员，节省了故障检修人员的时间去排错，大大提高了工作效率。
同类课题研究水平概述
- 根据中国知识资源总库搜索检索到的文献资料显示：多数文献从不同角度阐述了单总线技术的优势，它被广泛应用于汽车电子、测控、工业自动化、大众消费电子产品等领域。并且指出随着新的单总线器件的研发，单总线技术拥有着广阔的前景。虽然一些文献资料指出，单总线器件的操作中时序要求高，波形检测比较困难，设计需要严格控制通讯时序，但没有文献提出检测单总线通讯信号的技术手段。 在中国专利检索数据库检索关于单总线专利中，除了本项目成员提出的《单总线接口时序分析仪》等相关专利外，“一种单总线主备保护设备串行总线故障检测方法”（200710000204）和“单总线直流接地故障在线自动监测装置”（200810051227）两个专利和本项目工作最为相近。但是“一种单总线主备保护设备串行总线故障检测方法”这个专利提出是采用另加一个监测点来判断总线是否有故障，而不能实现对单总线上主从设备通讯信号的分离、记录、分析等功能。而另一个专利“单总线直流接地故障在线自动监测装置”涉及的本项目的功能就更少了，这个专利主要是针对总线接地的故障的判断识别，而这只是本项目软件的其中一个功能。 通过各种方法收集资料，目前还未发现国外有相关功能的产品。 总之，目前市场上还没有一种仪器可以准确的对单总线通讯波形进行分解，从而有效的检测与分析通讯信号，这给开发、检修人员造成了极大的不便。随着单总线技术的广泛应用，市场迫切需要这样一款实用的单总线信号分析仪。
