TWI489114B

TWI489114B - CAN-BUS communication method and system for embedded oscilloscope

Info

Publication number: TWI489114B
Application number: TW102124251A
Authority: TW
Original assignee: Univ China Sci & Tech
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-06-21
Also published as: TW201502530A

Description

嵌入式示波器之CAN-BUS通訊方法及系統

本發明係有關一種嵌入式示波器之CAN-BUS通訊方法及系統，尤指一種可以收集量測資訊以及監控示波器運作的CAN-BUS通訊技術。

按，示波器係為一種電子測量儀器，主要是用來顯示電壓信號的動態波形。示波器的作用，係將時變的電壓信號，轉換為時間域或是頻域的曲線。使原本為不可見的電氣信號，可以被轉換為在二維平面上可被觀察的可見光信號，藉由示波器即可分析電氣信號的時域及頻域性質。不僅如此，數位示波器可以快速的對訊號做出分析，測得頻率、振幅、週期等資訊，並可以對訊號做出加減乘除、訊號數位化及存檔或是列印等動作，甚至可以做出傅立葉轉換的複雜運算，對於產學業界之實驗數據處理上確實有著極大的方便性。

依據目前所知，利用示波器來檢測待測物(如電路元件、電路板、電氣設備或是晶片等)的電氣訊號已為非常習知的技術，其應用之代表性專利如本國新型第M421506號『檢測系統』專利所示，其係電性連接一示波器及一電源供應器，用以檢測一待測晶片，其中該待測晶片電性連接於該示波器與該電源供應器，該檢測系統包括：一判斷裝置；以及一電波測試裝置，係與該判斷裝置電性連接，用以發出一第一指令至該示波器，以使該示波器量測該待測晶片所產生之一第一電磁波，以擷取該第一電磁波之一電波值，並回傳該電波值至該檢測系統，以使該判斷裝置根據該電波值判斷該待測晶片是否異常。該專利雖然可以應用在工業生產線上，以對待測晶片做出異常與否的檢測；惟，其示波器僅能提供電波值、電壓及電流等基本的資訊而已，至於操作示波器所需的各種指令功能碼、運作設定資訊、訊號傳輸之故障偵測機制以及各示波器之間的識別機制皆無法提供給後台之監控裝置知悉，不僅在工業生產線上的檢測應用上會有一定程度的限制，而且無法讓多台示波器同時進行線上的檢測作業，因而確實無法提升工業生產線上的訊號檢測效能。

緣是，上述該習用結構確實未臻完善，仍有改善的必要性。再者，直到目前為止，尚無一種將CAN-BUS通訊程式預先設定於嵌入式示波器的產品、論文或是專利被提出，有鑑於此，本發明人乃積極投入研發，經不斷的研究、設計、實作與試驗，終而有本發明的研發成果。

本發明第一目的，在於提供一種嵌入式示波器之CAN-BUS通訊方法及系統，主要是將CAN BUS通訊介面預先制定為具備各種資料傳遞功能與作用的信箱，以方便於使用者規劃測試治具時將CAN BUS信箱初始化為偵測待測訊號的狀態，除了可以方便地與自動測試治具及監控裝置做快速有效的整合控制之外，並可增加系統的彈性與響應，藉以增加整體測試系統的解析能力。達成本發明第一目的之技術手段，係於示波器寫入一控制程式。於示波器系統初始化時，控制程式將通訊介面 (CAN-BUS)之複數暫存器定義劃分為可供複數信箱，並處於等待接收資料的狀態。以示波器於量測待測物而產生量測訊號，並處理量測訊號而產生可分別載入對應之信箱內的該資料。以通訊介面(CAN-BUS)將量測資料及系統運作資料轉換為CAN-BUS格式之封包資料，再透過控制區域網路(CAN-BUS)將封包資料傳送出去，俾能收集量測資訊以及自動監控示波器的運作狀態。

本發明第二目的，在於提供一種可進行多工線上檢測作業的CAN-BUS通訊方法及系統，藉由測試治具及CAN-BUS通訊網路的建置，讓多台示波器進行多工線上檢測作業，藉以提升工業生產線上的訊號檢測效能。達成本發明第二目的之技術手段，係於示波器寫入一控制程式。於示波器系統初始化時，控制程式將通訊介面(CAN-BUS)之複數暫存器定義劃分為可供複數信箱，並處於等待接收資料的狀態。以示波器於量測待測物而產生量測訊號，並處理量測訊號而產生可分別載入對應之信箱內的該資料。以通訊介面(CAN-BUS)將量測資料及系統運作資料轉換為CAN-BUS格式之封包資料，再透過控制區域網路(CAN-BUS)將封包資料傳送出去，俾能收集量測資訊以及自動監控示波器的運作狀態。其中，其更包含一測試治具、一位置感測模組及一透過該控制區域網路(CAN-BUS)而與該通訊介面(CAN-BUS)訊號連結的監控裝置，該測試治具用以將該待測物輸送至該嵌入式示波器之一量測模組的量測位置，當該待測物進入該量測位置時，該位置感測模組則以一訊號觸發該嵌入式示波器，使該嵌入式示波器執行該待測物的量測動作。當該監控裝置發出資料傳輸要求的指令時，該通訊介面(CAN-BUS)則將該信箱內所需之該封包資料透過該控制區域網路(CAN-BUS)傳輸至該監控裝置。

1‧‧‧待測物

10‧‧‧示波器

11‧‧‧量測模組

12‧‧‧中央處理模組

13‧‧‧顯示模組

14‧‧‧可程式增益放大器

15‧‧‧最大取樣模組

16‧‧‧高速類比/數位轉換器

17‧‧‧記憶體

20‧‧‧通訊介面

21‧‧‧CAN-BUS控制器

22‧‧‧CAN-BUS收發器

30‧‧‧控制區域網路

40‧‧‧監控裝置

50‧‧‧測試治具

60‧‧‧位置感測模組

圖1係本發明基本實施架構的功能方塊示意圖；圖2係本發明於線上檢測實施的功能方塊示意圖；圖3係本發明具體實施架構的功能方塊示意圖；圖4係本發明信箱的分配實施示意圖。

圖5係本發明系統運作的流程實施示意圖。

圖6係本發明信箱的資料位元配置示意圖。

壹.第一實施例

請配合參看圖1、4所示，為達成本發明第一目的之具體實施例，係包括一嵌入式示波器10、一通訊介面20(CAN-BUS)及一控制區域網路30(CAN-BUS)等技術特徵。其中，嵌入式示波器10內建有一控制程式。通訊介面20(CAN-BUS)則包含複數暫存器。嵌入式示波器10系統初始化時，控制程式則將通訊介面20(CAN-BUS)之複數暫存器定義劃分為可供複數資料暫存的信箱23，並處於等待接收資料的狀態。當嵌入式示波器10於量測一待測物1而產生一量測訊號時，則處理該量測訊號而產生上述資料，上述資料係包括一種與量測訊號相應之量測資料以及至少一種系統運作資料。接著，控制程式將量測資料及系統運作資料分別載入對應的信箱23內，再由通訊介面20(CAN-BUS)將量測資料及系統運作資料轉換為CAN-BUS格式之封包資料，再透過控制區域網路30(CAN-BUS)將上述封包資料傳送出去。

具體而言，如圖1所示之嵌入式示波器10係包括一用以量測一待測物1而產生量測訊號的量測模組11、一用以處理量測訊號的中央處理模組12、一用以將量測訊號顯示為量測資訊的顯示模組13、一用以將量測訊號做訊號放大處理的可程式增益放大器14、一用以對量測訊號以最大值取樣的最大取樣模組15、一用以將量測訊號轉換為數位訊號的高速類比/數位轉換器16及一用以儲存資料的記憶體17(如FIFO暫存器)。

貳.第二實施例

請配合參看圖1~4所示，為達成本發明第二目的之具體實施例，係包括至少一嵌入式示波器10、至少一通訊介面20(CAN-BUS)、一控制區域網路30(CAN-BUS)、一監控裝置40、一測試治具50及一位置感測模組60等技術特徵。其中，嵌入式示波器10內建有一控制程式。通訊介面20(CAN-BUS)則包含複數暫存器。嵌入式示波器10系統初始化時，控制程式則將通訊介面20(CAN-BUS)之複數暫存器定義劃分為可供複數資料暫存的信箱23，並處於等待接收資料的狀態。另一方面，測試治具50(如輸送帶、機械手臂或是其他機械式運送機構)則將待測物1輸送至嵌入式示波器10之量測模組11的量測位置(即與探針接觸的位置)，當待測物1進入量測位置時，位置感測模組60則以一訊號觸發嵌入式示波器10，使嵌入式示波器10執行待測物的量測動作，並產生一量測訊號，再透過訊號處理而產生上述資料。上述資料係包括一種與量測訊號相應之量測資料以及至少一種系統運作資料。接著，控制程式將量測資料及系統運作資料分別載入對應的信箱23內，再由通訊介面20(CAN-BUS)將量測資料及系統運作資料轉換為CAN-BUS格式之封包資料。當監控裝置40發出資料傳輸要求的指令時，通訊介面20(CAN-BUS)則將各信箱23內之封包資料透過控制區域網路30(CAN-BUS)傳輸至監控裝置40。

於一種較為具體的實施例中，請參看圖5所示，當監控裝置40發出資料傳輸要求的指令時，該通訊介面(CAN-BUS)則執行指令解讀，並取出一系統站號資料載入於其中一個信箱23內，再由監控裝置40判斷系統站號資料是否註冊，當判斷結果為是，該控制程式則將量測資料及系統運作資料分別載入對應的信箱23內，並對各信箱23進行錯誤偵測的運算而分別產生一錯誤檢查碼高位元(MSB)資料以及一錯誤檢查碼低位元(LSB)資料，當錯誤偵測運算結果為正確時，則將錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料分別載入另外二個信箱23內。接著，通訊介面20(CAN-BUS)再將各信箱內23之量測資料、系統運作資料、系統站號資料、錯誤檢查碼高位元(MSB)資料及錯誤檢查碼低位元(LSB)資料轉換為上述資料格式的封包資料，並透過控制區域網路30(CAN-BUS)傳輸至監控裝置40中。

具體而言，上述系統運作資料包含可分別載入於六個信箱23內的指令功能代碼(即操作示波器的各種指令功能碼)、系統運行模式選擇(即示波器運作的選擇模式)、時間基底單位(即基本單位面積的時間單位)、觸發基底單位(即觸發模式的基本設定單位)、系統狀態碼(即示波器10所處的運作狀態)、測試治具50狀態碼(即測試治具所處的運作狀態)以及列印模式選擇(即示波器的列印模式選擇)等資料。在此，必須補充的是，通訊介面20(CAN-BUS)用以將上述系統運作資料、量測資料及系統註冊站號資料打包成一種CAN-BUS格式(DATA FRAME)的封包資料。具體言之，上述封包資料包含其中一種或多種系統運作資料或是量測資料以及系統站號資料所組合成的串列位元碼。至於量測資料則包括可分別載入於六個信箱23內的X軸基本時間基底單位高位元(MSB)資料、X軸基本時間基底單位低位元(LSB)資料、Y軸基本時間基底單位高位元(MSB)資料、Y軸基本時間基底單位低位元(LSB)資料、Z軸基本時間基底單位高位元(MSB)資料以及Z軸基本時間基底單位低位元(LSB)資料。

請參看圖3所示之通訊介面20(CAN-BUS)包括一定義劃分有信箱23的CAN-BUS控制器21及一CAN-BUS22收發器。該CAN-BUS21控制器與嵌入式示波器10電性連接。該CAN-BUS收發器22一端與CAN-BUS控制器21電性連接，另端與控制區域網路30(CAN-BUS)訊號連結。當然，監控裝置40同樣電性連接有一通訊介面20(CAN-BUS)，而可收集嵌入式示波器10的量測資料及系統運作資料。具體而言，其一CAN-BUS控制器21與嵌入式示波器10電性連接，用以接收嵌入式示波器10所傳輸的量測資料及系統運作資料，並轉換為CAN-BUS格式之封包資料。其一CAN-BUS收發器22一端與CAN-BUS控制器21電性連接，另端與控制區域網路30(CAN-BUS)訊號連結，用以將其一CAN-BUS控制器21所傳輸之封包資料分別載入至控制區域網路30(CAN-BUS)的高位元傳輸線及低位元傳輸線。其二CAN-BUS收發器22一端與其二CAN-BUS控制器21電性連接，另端與控制區域網路30(CAN-BUS)訊號連結，用以接收控制區域網路30(CAN-BUS)的高位元傳輸線及低位元傳輸線的封包資料，並傳輸至其二CAN-BUS控制器21，其二CAN-BUS控制器再將封包資料還原為上述的量測資料及系統運作資料，如此監控裝置40即可達到收集各嵌入式示波器10的量測資料及系統運作資料之目的，以供後續利用及做線上的檢測監控用途。由於控制區域網路30(CAN-BUS)具有雙向及雙線資料傳輸的特性，故而當監控裝置40發出資料格式傳輸要求的指令(如向遠端要求資料的遠程格式Remote Transmit Request Frame)時，則進行與上述資料傳輸步驟相反的資料傳輸步驟。

請參看圖4所示，為本發明信箱23的分配示意。圖6所示則為本發明信箱23的資料位元配置示意。由圖4、6中得知，本發明共使用16組信箱23並將信箱23定義為不同傳遞資料功能，藉此將示波器10所擷取的待測物1量測訊號(如波形資料)傳遞出去採用被動詢問模式，接受指令後依指令詢問需求提供相關資料傳遞回詢問端。將嵌入式掌上型示波器10之CAN BUS於系統初始時將信箱23分別規畫不同功能，信箱1：為系統註冊站號、信箱2：為指令功能代碼、信箱3：為系統運行模式選擇、信箱4：為時間基底單位、信箱5：為觸發基底單位、信箱6：為X軸基本時間基底單位資料高位元(MSB)、信箱237：為X軸基本時間基底單位資料低位元(LSB)、信箱8：為Y軸基本時間基底單位資料高位元(MSB)、信箱9：為Y軸基本時間基底單位資料低位元(LSB)、信箱10：為Z軸基本時間基底單位資料高位元(MSB)、信箱11：為Z軸基本時間基底單位資料低位元(LSB)、信箱12：為系統狀態碼、信箱13：測試治具50統狀態碼、信箱14：為列印模式選擇、信箱15：錯誤檢查碼高位元(MSB)、信箱16：錯誤檢查碼低位元(LSB)。

參.結論

藉由上述之具體實施例說明，本發明具有下列的特點：

1.本發明可藉由將CAN BUS通訊介面預先制定為具備各種資料傳遞功能與作用的信箱，以方便於使用者規劃測試治具時將CAN BUS信箱初始化為偵測待測訊號的狀態，除了可以方便地與自動測試治具及監控裝置做快速有效的整合控制之外，並可增加系統的彈性與響應，藉以增加整體測試系統的解析能力。

2.本發明確實可以進行多工線上檢測作業，藉由測試治具及CAN-BUS通訊網路的建置，讓多台示波器進行多工線上檢測作業，藉以提升工業生產線上的訊號檢測效能。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。線上的訊號檢測效能。