無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)模塊化接口電路設(shè)計(jì)

2 SPI接口電路設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)以單片機(jī)和可編程邏輯器件組成核心控制器?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD依據(jù)其編程靈活、易修改的特點(diǎn)，配合單片機(jī)在其內(nèi)部擴(kuò)展SPI接口電路，不僅簡化了接口和控制，且提高了系統(tǒng)的整體性能及系統(tǒng)擴(kuò)展性。

　　SPI接口電路設(shè)計(jì)分兩部分：

　　(1)硬件部分：CPLD內(nèi)擴(kuò)展SPI接口框圖如圖2。在CPLD內(nèi)部編寫雙向IO總線、地址鎖存譯碼電路、時(shí)鐘發(fā)生器、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)移位寄存器、傳輸結(jié)束標(biāo)志SPIF產(chǎn)生器等電路完成SPI接口電路設(shè)計(jì)。READY1為與從機(jī)(沖擊波模塊等)通信時(shí)狀態(tài)標(biāo)志位，用于當(dāng)主機(jī)與從機(jī)通信時(shí)查詢使用，READY1為1時(shí)，可讀取沖擊波數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，IO總線首先發(fā)送地址碼，地址鎖存譯碼電路生成數(shù)據(jù)裝載使能片選信號，之后IO總線待發(fā)送字節(jié)鎖存到數(shù)據(jù)寄存器SPDR，同時(shí)Sek時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生8個Sek時(shí)鐘，SPDR移位寄存器在Sek的時(shí)鐘沿把待發(fā)送字節(jié)從MOSI順序移出，同時(shí)把MISO引腳數(shù)據(jù)移入SPDR寄存器，Sek計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到8個Sek時(shí)鐘后，產(chǎn)生SPIF傳輸結(jié)束標(biāo)志，單片機(jī)讀取SPIF標(biāo)志是否為1，判斷一字節(jié)時(shí)候傳輸完畢。

　　(2)軟件部分：單片機(jī)為主控制器，首先查詢從機(jī)狀態(tài)標(biāo)志位READY是否為1，判斷是否可以與從機(jī)通信。從機(jī)準(zhǔn)備就緒時(shí)，單片機(jī)可裝載1字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)，啟動CPLD內(nèi)部SPI接口電路，查詢并等待SPI傳輸結(jié)束標(biāo)志位SPIF為1，完成一字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸，如此重復(fù)。圖3、圖4為主機(jī)發(fā)送與接收1字節(jié)流程圖。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　圖5為邏輯分析儀捕獲CPLD擴(kuò)展SPI接口電路讀取沖擊波模塊數(shù)據(jù)時(shí)波形。

　　bit8：READY信號，從機(jī)高電平時(shí)主機(jī)讀取數(shù)據(jù);bit9：Sck時(shí)鐘信號，主機(jī)查詢READY為高時(shí)裝載發(fā)送字節(jié)，并產(chǎn)生8個Sek時(shí)鐘，啟動SPI傳輸;bit10：MOSI，主機(jī)輸出端口;bit11：MISO，主機(jī)輸入端口，Sek上升沿讀取數(shù)據(jù)，連續(xù)兩個周期讀取的數(shù)據(jù)分別為0x07(000001 11)，0Xb0(10110000)，兩周期時(shí)間間隔為20.400us，傳輸速度可達(dá)4×105bps，滿足系統(tǒng)要求。

　　結(jié)束語

　　為了滿足系統(tǒng)測試任務(wù)，無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊通過SPI接口鏈接。由于系統(tǒng)功能要求，使一個模塊與多個模塊鏈接通信，其接口電路SPI工作在不同的主從機(jī)模式，使用單一SPI接口主從切換，勢必降低模塊間通信速度與靈活性。依據(jù)可編程邏輯器件CPLD有其編程靈活、易擴(kuò)展性，在模塊內(nèi)部擴(kuò)展專用SPI接口，試驗(yàn)證明SPI接口電路設(shè)計(jì)，有簡化模塊間連接、提高通信速度、系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，以及提高系統(tǒng)整體性能的特點(diǎn)。