自动检测并校正总线极性的电路结构制造技术

本实用新型专利技术公开一种自动检测并校正总线极性的电路结构，它包括：边沿检测电路，通过媒体访问单元接现场总线，同步总线输入信号和进行边沿检测信号的生成，接收移位比较电路的边沿检测使能信号；时钟恢复电路，生成采样时钟信号；移位比较电路，接收同步后的总线信号，对同步后的总线信号进行移位和比较，提供总线移位输出信号、总线极性信号，边沿检测使能信号和极性检测信号；相位校正电路，接收总线移位输出信号、总线极性信号，在极性检测信号有效情况下输出正极性的总线信号。采用本实用新型专利技术可以自动检测基于ＩＥＣ６１１５８－２标准的曼彻斯特编码的极性，可以自动校正，并可满足ＩＥＣ１１５８－２现场总线物理层标准中相关的性能指标。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及IEC1158-2标准，ISA-S50.02标准，基金会现场总线 (FOUNDATION Filedbus，简称FF)技术，Profibus现场总线技术，具体 地说是一种可自动检测总线极性，并能够自动校正的电路结构。
技术介绍
IEC61158-2标准的许多规范充分考虑了工业现场应用环境。物理层的 MAU (媒体访问单元)部分包括了双绞线电缆和光缆标准，及时适应了工 业控制系统广泛采用光纤局域网或现场总线的需要；标准规定了提高可靠 性应采取的措施，诸如隔离、屏蔽、接地、本质安全等，并明确地限定了 应达到的可靠性指标。正C61158-2标准的这些特征，使其完全适合于恶劣 工业环境使用，因此， 一些主流型现场总线例如FF和Profibus的物理层都 采用了该项标准。工业现场总线采用的通信编码是一项直接影响总线可靠 性的重要因素。IEC61158-2标准中采用了速率为31.25kps的曼彻斯特编码， 对提高总线的可靠性和稳定性提供了保证。曼彻斯特编码是一种常见的基 带编码，它的原理是将每一位二元码(0和1)由两段编码表示，同时又在 二元码地基础上扩充了 N+和N-两种码元。曼彻斯特码的具体编码对应为-"1"由"10"表示；"0"由"01"示；"N+"由"11"表示；"N-"由"00"表示。由曼彻斯特的编码对应关系可以看出，"1"与"0"的曼彻 斯特编码和"N+"与"N-"的曼彻斯特编码的极性正好相反，这就要求在 连接时，极性不能够相反， 一但接反，将无法完成正常的发送与接收。如 果存在一种可以自动检测总线极性并自动校正的方法，将可以简化最终设 备的连接操作，可以提高工作效率。
技术实现思路
为了克服现有技术中不足，本技术的目的在于提供一种自动检测 并校正总线极性的电路结构，通过这种结构，可以自动检测基于IEC61158-2 标准的曼彻斯特编码的极性，可以自动校正，并可满足IEC1158-2现场总 线物理层标准中相关的性能指标。为了实现上述功能和目的，本技术的技术方案如下，包括 边沿检测电路，通过媒体访问单元接现场总线，生成同步总线输入信 号和边沿检测信号的，接收移位比较电路的边沿检测使能信号；时钟恢复电路，接收边沿检测信号，进行时钟恢复，产生采样时钟信号；移位比较电路，接收同步后的总线信号，对同步后的总线信号进行移 位和比较，同时提供总线移位输出信号、总线极性信号，边沿检测使能信 号和极性检测信号；相位校正电路，接收总线移位输出信号、总线极性信号，进行相位校正，在极性检测信号有效情况下输出正极性的总线信号； 所述边沿检测电路包括同步电路，由第一 二触发器组成，其中第一触发器数据输入端接收总 线信号，输出接至第二触发器的数据端口，第二触发器输出同步总线信号，至移位比较电路；对外部输入的异步总线接收信号进行时钟同步；检测电路，由第三 四触发器、第一非门和第一与门组成，其中边沿 检测使能信号接至第三触发器和第四触发器的使能端；同步后的总线信号 经第一非门接至第一与门的一个输入；第三触发器输出连接至第一与门的 另一个输入端；第一与门的输出接至第四触发器的数据端，生成边沿检测 信号为时钟恢复电路提供边沿信号；第一~四触发器的时钟端口与时钟信号相连接； 所述时钟恢复电路还原总线时钟，生成采样时钟信号，包括 第一计数器，接收边沿检测信号，在边沿检测信号有效时清零，生成 计数值；第六比较器， 一个输入信号为第一计数器的计数值，另一个输入端固 定电平"0111"，与固定电平"0111"进行比较，输出比较的结果；第五触发器，以第六比较器比较结果为输入信号，进行锁存产生采样 时钟信号至移位比较电路；所述第一计数器和第五触发器分别与时钟信号相连；所述移位比较电路包括移位电路，由第二十一 三十六触发器组成，第二十一触发器的输入端 接收同步总线输入信号，第二十一 三十五触发器的输出依次与第二十二 三十六触发器的输入端相连，第三十六触发器36)输出信号为总线移位输 出信号，至相位校正电路；第一 五比较器，其一个输入端接收第二十一 二十八触发器输出的总 线信号，另一输入端依次接常低标电平、常高电平、前导码电平、正极性 开始定界符电平、负极性开始定界符电平；第一比较器完成总线空闲低状 态的检测；第二比较器完成总线空闲高状态的检测；第三比较器完成总线 FF总线前导码的检测；第四比较器完成总线正极性标志码的检测；第五比较器完成总线负极性标志码的检测；第一或门，判断总线是否达到空闲状态； 一个输入端接收来自第一比较器的总线空闲低状态的检测信号，另一端输入端接收来自第二比较器的总线空闲高状态的检测信号；第二或门，判断总线是否达检测到总线的极性标志， 一个输入端接收 第四比较器输出的总线正极性标志码的检测信号，另一端输入接收第五比 较器输出的总线负极性标志码的检测信号，输出连接到第十九触发器的D 输入端口；第十七触发器，输入端与第一或门输出端相连，清零端与第三比较器 的输出相连，输出边沿检测使能信号，至边沿检测电路中第三触发器和第 四触发器的使能端，标志边沿检测使能有效；第十八触发器，置位端接收第四比较器输出的总线正极性标志码的检 测信号，清零端接收第五比较器输出的总线负极性标志码的检测信号，输 出总线极性信号，指示总线的极性；第十九触发器，数据端与第二或门输出相连，输出极性检测信号，指 示已检测到正确极性；第二十一 三十六触发器，第十七 十九触发器分别与时钟恢复电路所 产生的采样时钟信号相连；所述极性校正电路包括第二非门，其输入为总线移位输出信号，对总线移位输出信号进行取 反，生成取反相位信号；多路选择器， 一个输入端接第二非门相位取反信号，另一个输入端接 总线移位输出信号，选择端为总线极性信号，选通总线信号的正极性进行 输出；第二十触发器，接收多路选择器正极性的总线信号，使能端接极性检 测信号，时钟端接时钟恢复电路所产生的采样时钟信号，在极性检测信号 有效时锁存输出正极性总线信号。本技术结构比较简单，能满足IEC1158-2现场总线物理层标准性 能指标要求，同时可以有效的减少安装中的错误，提高工作效率。具体还 具有以下优点1. 通过移位比较电路可以自动检测总线极性；2. 通过极性校正电路可以自动校正总线极性；3. 对总线极性的检测与校正过程中，具有实时性的特点；4. 通过边沿检测电路与时钟恢复电路相配合，提供时钟管理功能，当 总线空闲时，只有一小部分电路工作；5.可以以FPGA、 CPLD、 IP等多种方式实现。附图说明图l本技术结构框图。图2为图1中边沿检测电路原理图。图3为图1中时钟恢复电路原理图。图4为图1中移位比较电路原理图。图5为图1中极性校正电路原理图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。 如图1所示，本技术由边沿检测电路、时钟恢复电路、移位比较 电路和相位校正电路四部分电路组成。在工作时，现场总线信号经过MAU 由模拟信号转为总线数字输入信号，送入系统中。边沿检测电路的作用是 同步总线输入信号和进行边沿检测信号的生成，同步后的总线信号送给移 位比较电路，边沿检测信号送给时钟恢复电路。时钟恢复电路接受边沿检 测信号进行时钟恢复，产生采样时钟信号。移位比较电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动检测并校正总线极性的电路结构，其特征在于包括：　边沿检测电路，通过媒体访问单元接现场总线，生成同步总线输入信号和边沿检测信号，接收移位比较电路的边沿检测使能信号；　时钟恢复电路，接收边沿检测信号，输出采样时钟信号；　 　移位比较电路，接收同步后的总线信号，输出总线移位输出信号、总线极性信号，边沿检测使能信号和极性检测信号；　相位校正电路，接收总线移位输出信号、总线极性信号，输出正极性的总线信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢闯，刘志峰，杨志家，张超，王建军，王剑，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]