1C8051F120与RS422总线的时钟同步技术

资料来源 电子下载网 下载时间 2010-7-9 19:16:28 本文地址 http://3ujj.com/dpj/51/1/494.html C8051F120与RS422总线的时钟同步技术 摘要 针对在RS422网络中各个单片机高精度的时钟同步问题，提出一种相对时钟同步 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。应用在以C8051F120单片机作为主控芯片的RS422网络中，多个单片机通过发送带有时间信息的报文完成时钟同步；并且应用单片机自带的定时器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了一个速率可调的时钟，不仅可以大大减少不同单片机间的时间偏差，而且不会增加额外的硬件成本，充分利用了单片机上的片上资源。 关键词  C8051F120  时钟同步  RS422 引言 　　由于指令的速度不断加快，单片机在各个方面的性能大为提高，比如多个单片机之间的时钟同步。Silicon Labs公司的C8051F系列单片机的执行速度最高可以达到100MIPS，这使得更高精度的时钟同步成为可能。时钟同步是一个在多单片机相互配合时经常遇到的问题，主要有两种同步方式――绝对同步和相对同步。绝对同步是指各个控制器和一个标准的时间进行同步，比如北京时间、华盛顿时间等等；而相对时钟同步是指各个单片机和一个相对稳定的时钟进行同步，与外界的时间没有联系。 　　本文主要针对RS422总线组成的网络的高精度时钟同步问题，提出了一种相对时钟同步解决方案。 1  整体框架结构 　　RS422网络中，多个单片机的连接如图1所示。这是一个典型的“一主多从”式结构： 主单片机通过向从单片机发送命令，实现管理功能；从单片机主要执行具体的功能，比如数据采集、D/A转换输出等。为了使多个单片机能够同步工作，需要一种同步方式，所以从单片机不但要实现各自的具体功能，而且还要能够进行多个单片机的时钟同步。本方案设计了从单片机的几种工作状态。R和T分别 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示R+、R-和T+、T-。 图1  RS422网络中多单片机的连接图 2  从单片机的状态机 　　本文重点介绍系统时钟同步功能的实现，但是在实际应用过程中，该系统必定要实现其他的功能，比如数据采集、模拟量输出等。主单片机的作用是控制从单片机工作，所以要使从单片机具有不同的工作状态。本文设计了3种工作状态：准备态、时钟同步态、工作态。3种工作状态之间的相互转换过程如图2所示。图中，①代表主单片机向从单片机发送“工作”命令；②代表主单片机向从单片机发送“时钟同步”命令；③代表主单片机向从单片机发送“工作态向时钟同步态转换”命令；④代表主单片机向从单片机发送“时钟同步态向工作态转换”命令。 图2  从单片机的状态转换图 　　准备态是从单片机上电后的工作状态，当主单片机向某一从单片机发送“是否准备好”命令后，若从单片机回复“准备好”，则说明从设备已经处于准备好的状态，可以向时钟同步态和工作态进行转换。如果从单片机处于工作态，主单片机发送“工作态向时钟同步态转换”命令，则从时钟进入时钟同步态；如果从单片机处于时钟同步态，主单片机发送“时钟同步态向工作态转换”命令，则从单片机由时钟同步态转换到工作态。 3  时钟同步设计的基本原理 　　本方案采用多个C8051F120单片机组成RS422网络。C8051F120单片机具有高达100MIPS的执行速度，也就是1 μs可以执行100条单周期指令，所以定时器定时1  μs可以达到1%的精度。而RS422总线组成的网络是“一主多从”式结构，网络中每个设备都有自己的时钟，时钟采用定时器实现，1  μs触发一次。主设备和从设备的时钟偏差产生有两个原因；一是某些随机因素产生的误差；二是由于晶振的运行速度不同引起的误差，此误差的产生主要受温度的影响，而温度又是由工作环境来决定的。本文采用相对时钟同步的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 来减小这种误差的影响。 　　该方法分为2步： ① 主设备每2 s进行一次时钟同步。主设备首先发送报文master_a（该报文本身不含发送时间），之后再发送一帧带有该报文发送时间信息的报文master_b。这样，从设备可以分析出主设备的同步报文的发送时间T1和接收时间T2（如无特殊标注，文中所涉及的时间变量都是以μs为单位的）。从设备再发送一个报文slave_c，并记下这个报文的发送时间T3，主设备接到该报文后记下接收时间T4，并把T4发给从设备，从设备就有了T1、T2、T3、T4的值。由于主设备和从设备都采用同一波特率进行串行通信，所以只要保证主设备的报文和从设备的报文发送的字节数相同，就可以看成主设备和从设备的发送时间和接收时间是相同的，即图3中的T1、T2、T3、T4四点构成的是等腰梯形。所以主设备和从设备之间的时间偏差： 从设备的时间T_Slave减去从设备和主设备之间的偏差Δ，即校正后的时间。但此时校正后的结果只是改变从设备的时钟误差，并没有改变从时钟的时钟频率。随着时间的增长，这个误差就又会出现，因此想要减小这个误差必须采用进一步的方法。 图3  时钟同步原理图 ② 进行时钟频率的校正。C8051F120单片机的指令速度很快（可达100MIPS），这就为单片机应用内部定时器实现频率可调时钟创造了有利条件。本文多次测量从设备和主设备之间的时间误差来求取平均值，作为主从时钟在规定时间内的从设备和主设备之间的误差，通过这个误差来修正从设备的时钟频率。具体做法为：测量5次从设备和主设备之间的偏差Δ1~Δ5，采用平均值滤波法得到的结果Δz作为2 s的时间偏差。 其中，t代表1 μs内时钟的偏差量，单位是0.01 μs。只须修改定时器的相应寄存器，就可以达到调整时钟频率的目的。 4  系统的硬件连接 　　各个单片机采用RS422总线进行互联，形成一个“一主多从”的结构。RS422接口电路如图4所示。接口芯片采用Maxim公司的MAX489，其中DI、RO连接在C8051F120单片机的串口上，用端子J将各个RS422的各路信号引出。 图4  RS422接口电路 5  时钟同步软件设计 　　时钟同步部分的软件设计包括主、从单片机的工作过程，以及频率可调时钟部分和时钟校准部分的实现，但不包括状态转换功能的实现。 　　编者注：主从机程序略。 结语 　　时钟同步问题是多单片机同步工作面临的一个重要问题。本文针对RS422网络的时钟同步工作问题，提出了一种相对时钟同步解决方案；并应用单片机片内定时器设计了一个频率可调时钟，在没有增加硬件成本的前提下，明显地减小了不同单片机之间的时钟偏差。 　　编者注： 本文为期刊缩略版，全文见本刊网站www.mesnet.com.cn。 参考文献 [1] 张培仁，孙力.基于C语言C8051系列微控制器原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004. [2] 桂本�，刘锦华.IEEE1588高精度同步算法的研究与实现[J].电光与控制，2006，13（5）：9194. [3] 阮於东. IEEE1588和高精度时间同步的方法[J].国内外机电一体化技术，2006（6）：2528. [4] 桂本�,等.IEEE 1588的高精度时间同步算法的分析与实现[J].工业仪表与自动化装置，2006（4）：2023. [5] Mohl D S.IEEE 1588�Precise Time Synchronization as the Basis for Real Time Applications in Automation[R].Industrial Networking Solotions,2003. 由四海(研究生)，主要研究方向为嵌入式系统应用。 推荐阅读：(按住 Ctrl 鼠标左键点击标题可以打开详细内容) 1、IC检测方法 2、什么是遥感技术 3、什么是无线网址 4、制冷设备维修技巧 5、什么是色温 6、手机RF设计问答 7、微波简史 8、微波小知识 9、卫星导航知识 10、卫星与遥感技术