Китайские штангенциркули с цифровой шкалой – вывод данных

Введение

Целью этой страницы является документирование данных протокола вывода данных цифровой шкалы (далее – шкалы) мерительного инструмента китайского производства,  который обычно продают через E-bay и другие онлайн-магазины [и под торговой маркой «Ермак»]. Шкалы выпускают в горизонтальном и вертикальном исполнении с длиной 4 ", 6", 8 ", 12" и больше [вроде бы есть и микрометры]. Есть также целый ряд поддерживаемых версий - типа такие:

 Рисунок 1 - 6 "и 12" Горизонтальные и 12 "Вертикальная китайские шкалы
 

Разъем 

Шкала имеет цифровой выходной разъем, скрытый под небольшой пластиковой крышкой, который отличается по форме от стандартного Mitutoyo и в природе не встречается.  Little Machine Shop пообещали, что смогут его найти в будущем – спрашивайте у них.

Схема контактов этого разъема такая:

Рисунок 2 – Разъем

 Vpos и Vneg  -- «+» и «-» батареи, соответственно. Данные и такт - на соответствующих выводах.

Отличие от Digimatic протокола
Протокол связи цифровой шкалы у китайцев полностью отличается от Digimatic protocol, используемого Mitutoyo и другими производителями  цифрового мерительного инструмента.

В Digimatic протоколе, доступность данных сигнализируется с помощью специального контакта. Запрос готовности должны быть подтверждён в ответ на сигнал готовности получить данные. Как только это происходит, шкала передает 52-битный последовательный поток данных с тактовыми импульсами. Последовательный поток данных состоит из 13 полубайтов (4бит), которые содержит тип данных, тип ввода цифр, знаков, шесть цифр BCD, десятичную точку, и обозначение единиц измерения. Китайские шкалы имеют совершенно другой протокол и формат данных. В связи с распространенным заблуждением и вводящей в заблуждение рекламы, это стоит повторить еще раз: Китайские цифровые шкалы не используют Digimatic протокол! 

Китайский протокол вывода измерений
Китайские шкалы не пользуются «рукопожатием» при выводе данных. Данные передаются непрерывно с фиксированным, ~ 300 мс периодом. Последовательный поток данных составляет 48 бит с номинальной частотой 90 кГц, хотя точная частота, кажется, несколько отличаются между различными моделями инструмента. В штангенциркуле, который я использовал для тестирования, тактовая частота была около 77 кГц, как показано на следующей осциллограмме:

Рисунок 3 - Тактовая частота

48-битный последовательный поток содержит два 24-битных слова, которые являются абсолютной и

относительной позицией шкалы в двоичном формате, а не BCD формате как Digimatic протоколе. Каждое 24-разрядное слово передаётся, начиная с младшего бита (LSB), в отличие от более распространённых последовательных протоколов, которые направляют самый старший бит (MSB) в первую очередь. Единицы в каждом слове - позиции 20480 на дюйм или 0x5000 HEX. Первое слово является абсолютной позицией шкалы с произвольным нулём, который остается неизменным вплоть до отключения питания. Второе слово - относительное положение шкалы с началом, которое сбрасывается при каждом нажатии кнопки «ноль» на шкале. Отрицательные значения выражаются в дополнительном представлении. Диаграмма формата данных приводится ниже.

Рисунок 4 - Формат данных

Вывод данных-такта на логическом анализаторе выглядит следующим образом:

Рисунок 5 - Вывод данных на логические анализаторы

Вывод данных-такта на осциллографе выглядит следующим образом:

Рисунок 6 - Вывод данных на осциллографе

Стоит обратить внимание на величину пауз. Пауза перед первым заднем фронтом около 55 мкс, пауза между двумя словами примерно в два раза больше или 110 мкс, а окончательные паузы снова около 55 мкс. Напряжения сигналов соответствует простой логике высокого уровня и соответствует положительному и отрицательному напряжению аккумуляторной батареи. Если измерять от минуса батареи, как у меня, то это от 1,5 до 1,7 вольт для типичной SR44 батареи, как видно по шкале.

Рисунок 8 – Глюки на линии данных (Glitch) захваченные осциллографом

Режимы удержания и быстрого чтения  

Контакты данных и такта могут также служить для обнуления и переключения режима соответственно, что может оказаться полезно, так как большинство приборов не имеют штатных переключателей режима. Нажатие на кнопку подаёт плюс на соответствующий контакт. Советую использовать 1K резистор, чтобы избежать повреждения прибора. Активация кнопки нуля (контакт такт) будет действовать так же, как нажатие кнопки обнуления на лицевой шкале. Активация кнопки режима (контакт данных) будет изменять режим измерения. Доступность режимов зависит от возможностей конкретной модели прибора. Вот схема [для тех кто не понял]:

Рисунок 9 - схема кнопок выбора режима и обнуления

Единственный режим, доступный на моём штангенглубиномере - это самый быстрый режим чтения. Кнопка режима переключает туда и обратно между быстрым чтением и штатным режимом чтения. В быстром режиме чтения, индикация обновляется каждые 20 мс (50 Гц), вместо 300 мс (3 Гц). Быстрое обновление видно на дисплее, а также в выходные данных. Недостаток режима быстрого чтения в том, что выходные данные имеют больше сбоев, чем обычный режим чтения. К счастью, описанные ранее способы фильтрации этих глюков будет здесь работать.

Имеющаяся у меня модель 6 " глубиномера, поддерживает удержание и быстрые режимы чтения и работает следующим образом. Кнопка режима ставит шкалу в ждущий режим, где шкала проведет последнее чтение в масштабах, даже если он перемещается. "Н" (hold) отображается на дисплее в режиме удержания. Второе нажатие кнопки режима ставит шкалу в режим минимального удержания, где она отображается только в самом небольшом масштабе чтения измерить. "HS" (hold smallest) отображается на дисплее в режиме минимального удержания. Третье нажатие кнопки режима ставит масштаба в режиме максимальной трюме, где он показывает самым крупным чтения измерить. "HM" (hold maximum) отображается на дисплее в режиме максимального удержания.

Каждый раз, когда шкала находится в одном из трёх режимов, нажатие кнопки «ноль» на шкале, или активации нулевой кнопки через контакт такта, поставит шкалу в режим быстрого чтения. Активация нулевой кнопки отменяет режим быстрого чтения и возвращает режим удержания. Активация кнопки режима  в режиме быстрого чтения отменяет все режимы и возвращает в режим по умолчанию.