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    三菱fx3u编码器同步程序,伺服同步,一个编码器控制两个伺服同步运转,可调速运行,带触摸屏动画效果,可用于实际项目,也可以用于学习,原程序控制传送带防止反转,故方向不变id=621761629642&
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  • USB编码方式(NRZI)及时钟同步方式

    千次阅读 2020-12-29 19:50:20
    同步通讯系统中,两个设备通讯则需要同步信号,同步信号分为时钟同步信号和自同步信号两种,时钟同步方式在通讯链路上具有时钟信号(IIC、SPI),自同步方式在通讯链路中没有同步信号(PCIE、USB),自同步方式...

    目录

     

    1.概述

    2.USB自同步传输

    3. RZ 编码(Return-to-zero Code)

    4. NRZ 编码(Non-return-to-zero Code)

    5.NRZI 编码(Non-Return-to-Zero Inverted Code)

    6.USB使用NRZI编码同步原理

    7.USB中用Bit-Stuffing来同步时钟信号


    1.概述

    在同步通讯系统中,两个设备通讯则需要同步信号,同步信号分为时钟同步信号自同步信号两种,时钟同步方式在通讯链路上具有时钟信号(IIC、SPI),自同步方式在通讯链路中没有同步信号(PCIE、USB),自同步方式常常适用于高速通讯系统中。

    2.USB自同步传输

    首先,USB 的数据是串行发送的,就像 UART、I2C、SPI 等等,连续的01 信号只通过一根数据线发送给接受者。但是因为发送者和接收者运行的频率不一样,信号的同步就是个问题,比如,接受者接收到了一个持续一段时间的低电平,无法得知这究竟是代表了 5 个 0 还是 1000 个 0。

    一个解决办法,就是在传输数据信号的同时,附加一个时钟信号,用来同步两端的传输,接受者在时钟信号的辅助下对数据信号采样,就可以正确解析出发送的数据了,比如 I2C 就是这样做的,SDA 来传输数据,SCL 来传输同步时钟:

    虽然这样解决了问题,但是却需要附加一根时钟信号线来传输时钟。因为USB没有时钟信号,有没有不需要附加的时钟信号,也能保持两端的同步呢?

    有的,这就是 RZ 编码(Return-to-zero Code),也叫做归零编码。

    3. RZ 编码(Return-to-zero Code)

    RZ 编码(Return-to-zero Code),也叫做归零编码。在 RZ 编码中,正电平代表逻辑 1,负电平代表逻辑 0,并且,每传输完一位数据,信号返回到零电平,也就是说,信号线上会出现 3 种电平:正电平、负电平、零电平:

    从图上就可以看出来,因为每位传输之后都要归零,所以接受者只要在信号归零后采样即可,这样就不在需要单独的时钟信号。实际上, RZ 编码就是相当于把时钟信号用归零编码在了数据之内。这样的信号也叫做自同步(self-clocking)信号。

    这样虽然省了时钟数据线,但是还是有缺点的,因为在 RZ 编码中,大部分的数据带宽,都用来传输“归零”而浪费掉了。

    4. NRZ 编码(Non-return-to-zero Code)

    去掉这个归零步骤,NRZ 编码(Non-return-to-zero Code)就出现了,和 RZ 的区别就是 NRZ 是不需要归零的:

    这样,浪费的带宽又回来了,不过又丧失宝贵的自同步特性了,貌似我们又回到了原点,继续往下看。

    5.NRZI 编码(Non-Return-to-Zero Inverted Code)

    NRZI 编码(Non-Return-to-Zero Inverted Code)和 NRZ 的区别就是 NRZI 用信号的翻转代表一个逻辑,信号保持不变代表另外一个逻辑。

    USB 传输的编码就是 NRZI 格式,在 USB 中,电平翻转代表逻辑 0,电平不变代表逻辑1:

    翻转的信号本身可以作为一种通知机制,而且可以看到,即使把 NRZI 的波形完全翻转,所代表的数据序列还是一样的,对于像 USB 这种通过差分线来传输的信号尤其方便~

    现在再回到那个同步问题:

    的确,NRZ 和 NRZI 都没有自同步特性,但是可以用一些特殊的技巧解决。

    比如,先发送一个同步头,内容是 0101010 的方波,让接受者通过这个同步头计算出发送者的频率,然后再用这个频率来采样之后的数据信号,就可以了。

    6.USB使用NRZI编码同步原理

    在 USB 中,每个 USB 数据包,最开始都有个同步域(SYNC),这个域固定为 0000 0001,这个域通过 NRZI 编码之后,就是一串方波(NRZI 遇 0 翻转,遇 1 不变),接受者可以用这个 SYNC 域来同步之后的数据信号。

    此外,因为在 USB 的 NRZI 编码下,逻辑 0 会造成电平翻转,所以接受者在接受数据的同时,根据接收到的翻转信号不断调整同步频率,保证数据传输正确。

    但是,这样还是会有一个问题,就是虽然接受者可以主动和发送者的频率匹配,但是两者之间总会有误差。

    假如数据信号是 1000 个逻辑 1,经过 USB 的 NRZI 编码之后,就是很长一段没有变化的电平,在这种情况下,即使接受者的频率和发送者相差千分之一,就会造成把数据采样成 1001 个或者 999 个 1了。

    7.USB中用Bit-Stuffing来同步时钟信号

    USB 对这个问题的解决办法,就是强制插 0,也就是传说中的 bit-stuffing,如果要传输的数据中有 6个连续的 1发送前就会在第 6 个 1 后面强制插入一个 0,让发送的信号强制出现翻转,从而强制接受者进行频率调整。

    接受者只要删除 6 个连续 1 之后的 0,就可以恢复原始的数据了。


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  • 图为通过datax同步数据的结果,中文字段出现了乱码。 二、解决步骤: 1.首先判断该数据库本身的字符集编码设置: 用Navicat连接数据库(我这里是mysql),在数据库名上右键,编辑数据库,查看是否是utf8,如果...

    一、问题如图:

     图为通过datax同步数据的结果,中文字段出现了乱码。

    二、解决步骤:

    1.首先判断该数据库本身的字符集编码设置:

    用Navicat连接数据库(我这里是mysql),在数据库名上右键,编辑数据库,查看是否是utf8,如果不是的话改一下,保存。

     2.在datax任务管理中的数据库连接中添加参数:

    首先打开任务管理,编辑任务:

    datax——任务管理——操作——编辑

     然后在数据库连接后面添加字符编码规则参数:?useUnicode=true&characterEncoding=utf8

     注意点:

    ① 标点符号 ?" 

    ② 数据库有reader和writer

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  • 图1 DFRobot编码器小车全景图如何才能直观地看到小车左右车轮电机转速和功率值的变化以及PID比例调节的效果,小车上的Arduino单片机控制器是做不到这点的,我采用的是上位机LabVIEW制作的前面板作为人机交互的界面,...

    图1 DFRobot编码器小车全景图

    如何才能直观地看到小车左右车轮电机转速和功率值的变化以及PID比例调节的效果,小车上的Arduino单片机控制器是做不到这点的,我采用的是上位机LabVIEW制作的前面板作为人机交互的界面,来实现对它们的监控。Arduino控制器作为下位机,接受上位机的小车左电机功率值,并把左右电机的转速和PID调节后右电机的功率值反馈到上位机去显示出来。上下位机的串口通信采用了XBee 1mW Zigbee100米传输无线数传模块套装,目的是使USB有线通信变为无线通信模式。如图2所示。

    图2编码器小车与PC机的XBee无线通信设备

    LabVIEW人机交互界面如下图所示,这个图是实验当时用截图软件截屏而得,可以看到,当左电机的PWM功率值为68时,PID调节后的右电机PWM功率值需为60,才能使左右电机转速一致。(注意:左右电机转速相差5,并不说明是转速不同,而是编码器的分辨率不够,因为这个小车编码器码盘的齿数只有12个。)

    图3编码器小车左右转速同步的PID调节实验人机交互面板

    PID算法放在下位机Arduino程序中,这个指令是:

    val_right=(float)val_right+(rpm1-rpm2)*0.4;

    式子中rpm1是左电机的转速;rpm2是右电机的转速;val_right是右电机的PWM功率值。左右电机的转速差乘以比例因子0.4叠加到上一次PID计算得到的val_right,就得到了当前右电机PWM功率值val_right。如果左电机转速rpm1比右电机转速rpm2要低,则从算式中可以看到,会自动减小右电机功率值val_right,通过循环执行Arduino程序中PID算式,以达到两电机转速一致的目的。

    一个有趣的实验,可以边实验边观察。如果您拿起这个编码器小车,用手摩擦小车的左轮,左轮的转速变慢,在PID比例算式的作用下,右轮电机的PWM功率值会变小,以使右轮速度也跟着变慢。这时,再把手移到小车右轮,右轮遇到阻力时,为了保证依然与左轮转速同步,在LabVIEW前面板反馈的右电机PWM功率值,您会观察到它的值再不断增加。所以一个PID比例算法的功效,通过编码器小车这个物理设备和LabVIEW这个人机交互界面,就真真切切地感受到了。

    LabVIEW虚拟仪器程序由前面板和框图程序组成,前面板是人机交互的界面,界面上有用户输入和显示输出两类控件;框图程序则是用户编制的程序源代码,以定义和控制在前面板上的控件输入和输出功能。这个LabVIEW上位机程序用到了事件结构的编程技术,以响应前面板上的四个按钮,这个四个按钮分别为“前进”、“后退”、“停止”和“退出”。图4为框图程序的“前进”事件分支的程序截图。(双击图片,可以放大!)

    图4框图程序的“前进”事件分支

    从图4看出,如果按下前面板的“前进”按钮,在后台程序中就会引发“前进”:值改变事件分支,这个分支程序的任务是先把三个字节数据转换为一个字符串,再输入到VISA写入VI中,这个VI就会通过RS322通信协议把三个字节下达给小车上的Arduino控制器。三个字节中第一个字节如果是0x11(十六进制),则表示小车启动,若是0x22,则小车停止;第二个字节决定小车前进或者后退,0xAA表示前进,0xBB表示后退;第三个字节是小车左电机的PWM功率值,功率值的大小由图3中旋钮控件来调节。图4是框图程序的“前进”事件分支,这三个字节的值,大家都看到了,再想想如果是按下“后退”或“停止”按钮,它们相应的事件分支中三个字节分别应为多少?

    如果没有按钮按下事件,框图程序就会执行“超时”分支,如图5所示,在这个分支里,VISA读取VI循环读取Arduino下位机上传的5个字节字符串,利用“字符串至字节数组转换”VI和“索引数组”,把字符串变为5个字节的数据,从数组一个个取出来,数组的第0和1元素字节分别是左电机转速值的高、低字节,第2和3元素字节分别是右电机转速值的高、低字节。把高字节和低字节带入算式:高字节×256+低字节,就得到了电机的转速。数组的第5元素字节就是Arduino上传的PID校正后的右电机PWM功率值。

    图5 框图程序的“超时”事件分支

    要退出一个包含事件结构的While循环,可以使用“退出”按钮,将其连线到While循环的条件端子,要特别注意的是,必须将“退出”按钮布尔控件放在事件结构中,并为“退出”按钮配置处理“值改变”事件的事件分支。如图6所示。如果“退出”按钮在事件结构外面,事件结构将一直等待,即使单击了“退出”按钮也无济于事。

    图6框图程序的“退出”事件分支

    与上位机LabVIEW程序相配合的是在编码器小车上Arduino控制器的C程序。这个C程序的任务是:接受上位计算机的小车前进、后退、停止以及小车左电机功率设置字节指令,并通过L298P直流电机驱动板,驱动直流伺服电机按照上位机指令运行。采集左右两车轮的电机中编码器脉冲信号,并处理成电机转速信息,计算出两电机的转速差,根据转速差,进行PID比例调节以增大或减小右车轮电机功率值,从而达到左右车轮转速一致。然后把两车轮转速值和右轮电机功率值上传给上位机显示。

    Arduino程序:

    //定义变量程序段

    //把小车左轮电机编码器码盘的OUTA信号连接到Arduino控制器的数字端口2,

    //数字端口2是Arduino的外部中断0的端口。

    #define PinA_left 2 //外部中断0

    #define PinB_left 8 //小车左车轮电机编码器码盘的OUTB信号连接到数字端口8

    //把小车右车轮电机编码器码盘的OUTA信号连接到Arduino控制器的数字端口3,

    //数字端口3是Arduino的外部中断1的端口。

    #define PinA_right 3 //外部中断1

    #define PinB_right 9 //小车右车轮电机编码器码盘的OUTB信号连接到数字端口9

    int E_left =5; //L298P直流电机驱动板的左轮电机使能端口连接到数字接口5

    int M_left =4; //L298P直流电机驱动板的左轮电机转向端口连接到数字接口4

    int E_right =6; //连接小车右轮电机的使能端口到数字接口6

    int M_right =7; //连接小车右轮电机的转向端口到数字接口7

    int val_right; //小车右轮电机的PWM功率值

    int val_start;//上位机控制字节,用于控制电机是否启动;

    int val_FB; //上位机控制字节,用于控制电机是正转还是反转;

    int val_left;//上位机控制字节,用于提供给左轮电机PWM功率值。

    int count1 = 0; //左轮编码器码盘脉冲计数值

    int count2= 0; //右轮编码器码盘脉冲计数值

    int rpm1 = 0; //左轮电机每分钟(min)转速(r/min)

    int rpm2 = 0; //右轮电机每分钟(min)转速(r/min)

    int rpm1_HIGH = 0;//左轮电机转速分解成高、低两个字节数据,以方便上传给PC机

    int rpm1_LOW = 0;

    int rpm2_HIGH = 0;//右轮电机转速分解成高、低两个字节数据

    int rpm2_LOW = 0;

    int flag;//设置小车行车状态,是前进、后退还是停止

    unsigned long time = 0, old_time = 0; // 时间标记

    unsigned long time1 = 0, time2 = 0; // 时间标记

    //初始化程序段

    void setup()

    {

    Serial.begin(9600); // 启动串口通信,波特率为9600b/s

    pinMode(M_left, OUTPUT); //L298P直流电机驱动板的控制端口设置为输出模式

    pinMode(E_left, OUTPUT);

    pinMode(M_right, OUTPUT);

    pinMode(E_right, OUTPUT);

    pinMode(PinA_left,INPUT); //伺服电机编码器的OUTA和OUTB信号端设置为输入模式

    pinMode(PinB_left,INPUT);

    pinMode(PinA_right,INPUT);

    pinMode(PinB_right,INPUT);

    //定义外部中断0和1的中断子程序Code(),中断触发为下跳沿触发

    //当编码器码盘的OUTA脉冲信号发生下跳沿中断时,

    //将自动调用执行中断子程序Code()。

    attachInterrupt(0, Code1, FALLING);//小车左车轮电机的编码器脉冲中断函数

    attachInterrupt(1, Code2, FALLING);//小车右车轮电机的编码器脉冲中断函数

    }

    //子程序程序段

    void advance()//小车前进

    {

    digitalWrite(M_left,HIGH);

    analogWrite(E_left,val_left);

    digitalWrite(M_right,LOW);

    analogWrite(E_right,val_right);

    }

    void back()//小车后退

    {

    digitalWrite(M_left,LOW);

    analogWrite(E_left,val_left);

    digitalWrite(M_right,HIGH);

    analogWrite(E_right,val_right);

    }

    void Stop()//小车停止

    {

    digitalWrite(E_right, LOW);

    digitalWrite(E_left, LOW);

    }

    //主程序段

    void loop()

    {

    if (Serial.available()>0) //如果Arduino控制器读缓冲区中存在上位机下达的字节

    {

    val_start= Serial.read(); //从读缓冲区中读取上位机的三个控制字节

    delay(5);

    val_FB = Serial.read();

    delay(5);

    val_left= Serial.read();

    delay(5);

    if(val_start==0x11) //如果读出的第一个字节为小车启动标志字节0x11

    {

    if(val_FB ==0xAA) //如果读出的第二个字节为小车前进标志字节0xAA

    {

    //读出的第三个字节为小车左车轮电机的PWM功率值,把它赋值给右车轮电机功率变量

    val_right=val_left;

    advance(); //小车前进

    flag='a'; //设置小车前进标志字符

    count1 = 0; //恢复到编码器测速的初始状态

    count2 = 0;

    old_time= millis();

    }

    else if(val_FB ==0xBB) //如果读出的第二个字节为小车后退标志字节0xBB

    {

    val_right=val_left;

    back(); //小车后退

    flag='b'; //设置小车后退标志字符

    count1 = 0; //恢复到编码器测速的初始状态

    count2 = 0;

    old_time= millis();

    }

    }

    else if(val_start==0x22) //如果读出的第一个字节为小车停止标志字节0x22

    {

    Stop(); //小车停止

    flag='s'; //设置小车停止标志字符

    }

    }

    time = millis();//以毫秒为单位,计算当前时间

    //计算出每一秒钟编码器码盘计得的脉冲数,

    if(abs(time - old_time) >= 1000) // 如果计时时间已达1秒

    {

    detachInterrupt(0); // 关闭外部中断0

    detachInterrupt(1); // 关闭外部中断1

    //把每一秒钟编码器码盘计得的脉冲数,换算为当前转速值

    //转速单位是每分钟多少转,即r/min。这个编码器码盘为12个齿。

    rpm1 =(float)count1*60/12;//小车左车轮电机转速

    rpm2 =(float)count2*60/12; //小车右车轮电机转速

    rpm1_HIGH=rpm1/256;//把转速值分解为高字节和低字节

    rpm1_LOW=rpm1%256;

    rpm2_HIGH=rpm2/256;

    rpm2_LOW=rpm2%256;

    //根据左右车轮转速差rpm1-rpm2,乘以比例因子0.4,获得比例调节后的右车轮电机PWM功率值

    val_right=(float)val_right+(rpm1-rpm2)*0.4;

    Serial.print(rpm1_HIGH,BYTE);//向上位计算机上传左车轮电机当前转速的高、低字节

    Serial.print(rpm1_LOW,BYTE);

    Serial.print(rpm2_HIGH,BYTE);//向上位计算机上传右车轮电机当前转速的高、低字节

    Serial.print(rpm2_LOW,BYTE);

    Serial.print(val_right,BYTE);// 向上位计算机上传PID调节后的右轮电机PWM功率值

    if(flag=='a') //根据刚刚调节后的小车电机PWM功率值,及时修正小车前进或者后退状态

    advance();

    if(flag=='b')

    back();

    //恢复到编码器测速的初始状态

    count1 = 0; //把脉冲计数值清零,以便计算下一秒的脉冲计数

    count2 = 0;

    old_time= millis(); // 记录每秒测速时的时间节点

    attachInterrupt(0, Code1,FALLING); // 重新开放外部中断0

    attachInterrupt(1, Code2,FALLING); // 重新开放外部中断1

    }

    }

    // 左侧车轮电机的编码器码盘计数中断子程序

    void Code1()

    {

    //为了不计入噪音干扰脉冲,

    //当2次中断之间的时间大于5ms时,计一次有效计数

    if((millis()-time1)>5)

    //当编码器码盘的OUTA脉冲信号下跳沿每中断一次,

    count1 += 1; // 编码器码盘计数加一

    time1==millis();

    }

    // 右侧车轮电机的编码器码盘计数中断子程序

    void Code2()

    {

    if((millis()-time2)>5)

    //当编码器码盘的OUTA脉冲信号下跳沿每中断一次,

    count2 += 1; // 编码器码盘计数加一

    time2==millis();

    }

    最后看看两张图,一个是小车的安装图,另一张是小车用的锂电池。至于小车用到的DFRobot Mini Encoder Kit编码器套件的详细介绍,请看文章:

    图7编码器小车安装

    图8  8.4V、3500mAh锂聚合物电池

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空空如也

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同步编码