背景介绍

我们设计了一款用于增氧泵保护控制的控制器。

其特点是需要检测6路的三相电流以及零序电流信号，加上三相电压检测，一共需要26个A/D检测通道。

而且为了简化外围电路的设计，采用了真有效值检测方法。

对每一个通道的信号在1个周期20ms内采样128个数据，需要用到处理器的regular group转换和DMA的功能；

但是，STM32F103处理器regular group转换功能仅支持16通道。

因此，采用两片STM32F030处理器扩展A/D转换通道。

问题来了，两片从处理器如何将数据发送给主处理器。

采用UART?

主处理器的2个UART需要用于RS485以及4G模块的通信，

UART是宝贵的资源，剩余的1个UART口需要留作它用；

而且一路的UART需要占用两个IO口，这会让原来IO口就不够的主处理器雪上加霜；

另外，从处理器没有采用外部晶振，其内部振荡器精度比较差，会导致UART通信误码；　

采用SPI？

占用IO口太多，主处理器表示没有那么多IO口挥霍；

采用IIC?

好是好，就是主处理器需要用为主定时查询，从片从处理器不能按自己的时序即时上报数据，而且万一未来需要降成本，从处理器只能从具有IIC接口的单片机中选择，不能将成本做到极致；

协议介绍

一番深思熟虑之后，我设计了一个采用异步不归零码的单线通信协议；

编码方式如图所示，采用特殊的比特编码格式，根据数据线上两次电平跳变的时间间隔定义比特0和比特1。

比特编码

例如，将两次跳变的时间间隔t1定义为比特0，将两次跳变的时间间隔t2定义为比特1。

接收方设定两个时间区间：

时间区间

若两次跳变的时间间隔t∈T1 ，则为比特0，两次跳变的时间间隔t∈T2 ，则为比特1。

通过设置合理的t1、t2的数值以及T1、T2的范围，可消除发送方以及接收方处理器的时钟误差对通信带来的影响。

假设上述t1小于t2 ，发送和接收方的处理器的时钟相对误差分别为±a1和±a2，

则接收方解析得到的比特0的最小时间间隔为t1*(1-a1)*(1-a2)，最大时间间隔为t1*(1+a1)*(1+a2),而解析得到的比特1的最小时间间隔为t2*(1-a1)*(1-a2),最大时间间隔为t2*(1-a1)*(1-a2)。

为了保证比特0和比特1在最坏情况时钟精度下能被正确解析，必须满足:

时间区间关系

此外，数据发送采用定时器中断，数据接收采用外部中断。

没有设置中断优先级，数据发收发过程中，如果正在处理其它中断，控制器不能即时处理数据收发中断，这将导致时间区间的变化；　

综合考虑如下因素：

1)从处理器的时钟精度在全温度范围内为±5%；

2)最坏情况下，从处理器所有中断的总处理时间为20us；　

3)最坏情况下，主处理器所有中断的总处理时间为30us；　

在一番埋头苦算之后，我把时间范围定为0~256us以及512us~2ms。

在发送端，用256us的定时器中断进行数据发送；　

在接收端，采用一个定时器配合外部中断进行数据接收，以384us为判断阈值，

如果跳变时间间隔小于384us则解析为0，否则小于2ms解析为1,大于2ms由认为数据发送开始；

帧超时时间设置为100ms；　

数据发送程序如下：

数据发送程序