[发明专利]一种解码BISS-C协议的通信系统

说明书

本发明公开了一种解码BISS‑C协议的通信系统，该系统包括主站芯片，差分和单端信号转换芯片和从站设备。主站芯片通过DMA功能控制PWM输出发送方波信号，模拟从站的时钟和控制信号，控制从站发送数据；通过DMA功能控制PWM输出向从站发送预设逻辑电平，配置从站的数据准备时间或执行器通信功能；通过边沿检测功能控制主站芯片采集从站数据信号的时间节点；通过SPI通信功能接收从站发出的数据信号，并对数据信息进行处理和校验。本发明解决了BISS‑C协议通信过程中应答时间变化和线路传输延迟对数据采集的影响，提高采集数据精度，低成本、高可靠地实现BISS‑C协议传输。

技术领域

本发明属于编码器通信和机器人控制技术领域，尤其涉及一种解码BISS-C协议的通信系统。

背景技术

BISS-C协议是一种双向同步通信，主要应用于高精度位置控制的绝对式编码器中，实时、连续、安全的数据传输能力满足机器人关节对高速度、高精度和高动态响应的需求，因此广泛应用于机器人控制领域。BISS-C协议进行数据传输过程中包含主站和从站两个部分，主站负责向从站发送时钟信号和控制信号，从站响应的向主站输出数据信号，其中从站可以是传感器或执行器，主从通信包含传感器通信和寄存器通信，传输模式又包含点对点传输和总线传输，实现编码器位置信息的采集，具体传输协议如图1所示。

现有技术BISS-C协议通信主要有三种方式：

1、采用具有BISS-C解码能力的集成芯片，比如IC-HUAS推出的IC-MB4等，主站通过串行或者并行接口控制芯片采集数据信息，导致额外控制成本增加；同时存在内置BISS-C外设接口的DSP芯片，但限制了主站选择且成本较高。

2、通过现场可编程逻辑门阵列(FPGA)将BISS-C数据解码后通过高速接口传输给主站，通过硬件描述语言（VHDL）可灵活配置从站设备，导致设计复杂度和成本增加。

3、基于单片机的输入输出（IO）口模拟BISS-C通信的时钟传输（MA）信号等，这样的模拟效果性能较差，且数据误码率较高。

目前，针对上述问题，现有专利提出使用单片机的SPI通信模块进行BISS-C协议通信的方式，利用SPI通信模块的SCK接口模拟BISS-C协议中的时钟传输接口，MISO的接口模拟BISS-C协议中的数据输出接口，提高通信效果且减少了单片机资源占用。但是，SPI通信模块是常用于电路板内芯片之间的通信，SPI通信模块的时钟信号与数据信号是严格同步的，在BISS-C协议帧中，每一帧都会有应答时间（ACK）保证从站数据准备完毕，因此每一帧的ACK是不固定的，采用SPI直接读取无法消除ACK变化对数据采样的影响。同时，在高速率信号传输过程中，考虑时效、温度和传输距离等因素，主站SPI通信模块发出的时钟信号和接收的数据信号产生线路延迟，如图1所示，此时以主站SPI通信模块时钟信号作为采集数据的参考会造成数据错位的问题，导致数据通信可靠性降低，因此单独使用单片机的SPI通信模块模拟BISS-C协议通信的时钟和数据传输，无法对每个通信帧内进行线路延迟补偿修正。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种解码BISS-C协议的通信系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种解码BISS-C协议的通信系统，包括主站芯片、差分和单端信号转换芯片和从站设备；所述主站芯片包括直接存储器访问控制功能、脉冲宽度调制输出功能、边沿检测功能和串行外设接口通信功能，对应地，由DMA控制模块、PWM1输出模块和PWM2输出模块、边沿检测模块和SPI通信模块实现；从站设备包括首端从站设备和末端从站设备；