基于STD總線的多路數(shù)字I／O設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，上位機(jī)、主控模塊等往往需要通過STD總線，根據(jù)STD總線的協(xié)議、特性訪問其他的單片機(jī)系統(tǒng)。例如，在某測(cè)量設(shè)備中，上位機(jī)、主控模塊可以通過總線上的I／O模塊、A／D模塊接口，采集傳感器的量值，通過STD總線訪問RAM模塊，以及通過STD總線進(jìn)行主控模塊與總線上其他控制器之間，主控模塊與上位機(jī)之間的通信與數(shù)據(jù)交換等，構(gòu)成了一個(gè)微型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。本文的多路數(shù)字I／O就是STD總線中的一個(gè)模塊。

2 多路數(shù)字I／O的硬件設(shè)計(jì)
2．1 電路組成
主要由可編程邏輯電路、電平調(diào)理電路、總線接口電路以及電源電路等組成。可編程邏輯硬件采用Xilinx公司的CPLD器件XC95288，應(yīng)用。Xilinx公司的Project Navigator(ISE)集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程開發(fā)；電平調(diào)理電路采用74LS245，具有輸入輸出電平轉(zhuǎn)換的功能，還可以通過接繼電器或者光電隔離器與外設(shè)接口；總線接口電路采用74LS245，對(duì)74LS245的DIR(方向)進(jìn)行讀寫編程，實(shí)現(xiàn)了與STD總線的數(shù)據(jù)通信，電源電路為CPLD以及電平轉(zhuǎn)換電路等提供必需的電源系統(tǒng)。
硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示，虛線框內(nèi)為多路數(shù)字I／O的硬件電路部分。

2．2 性能特點(diǎn)
數(shù)量多 CPLD芯片XC95288具有208個(gè)管腳，其中用戶I／O管腳數(shù)量達(dá)到168個(gè)，除了地址總線、數(shù)據(jù)總線以及片選信號(hào)等所占用40個(gè)I／O之外，其余的128個(gè)I／0完全可以作為通用I／0編程使用；
面積小 如此眾多數(shù)量的I／O，完全由一片CPLD來實(shí)現(xiàn)，簡化了電路設(shè)計(jì)程序，減少了PCB的設(shè)計(jì)面積，又提高了數(shù)字I／O的穩(wěn)定性；
靈活性高 由于每一個(gè)I／O都可獨(dú)立編程，因此在使用過程中變得非常靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場需求隨時(shí)改變其輸入、輸出，在工業(yè)控制應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楫a(chǎn)品的增強(qiáng)與升級(jí)提供了極大的靈活性。
此外，該設(shè)計(jì)還具有傳輸速度高(由CPLD的傳輸特性決定)及電平兼容性好等特點(diǎn)，可滿足用戶在測(cè)試、控制及設(shè)計(jì)應(yīng)用中的多種需求。

3 多路數(shù)字I／O的程序設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)使用業(yè)界領(lǐng)先的FPGA設(shè)計(jì)環(huán)境XilinxISE，其將先進(jìn)的技術(shù)與靈活性、易使用性的圖形界面結(jié)合在一起，可以在最短的時(shí)間，獲得最佳的硬件設(shè)計(jì)。XC95288 CPLD是低功耗3．3 V器件，288個(gè)宏單元，6 400個(gè)可用邏輯門，168個(gè)用戶I／O，再加上靈活、高度優(yōu)化的VHDL硬件描述語言，實(shí)現(xiàn)了128位數(shù)字I／O的程序化設(shè)計(jì)。