基于STD總線(xiàn)的多路數字I／O設計

在工業(yè)控制系統的實(shí)際應用中，上位機、主控模塊等往往需要通過(guò)STD總線(xiàn)，根據STD總線(xiàn)的協(xié)議、特性訪(fǎng)問(wèn)其他的單片機系統。例如，在某測量設備中，上位機、主控模塊可以通過(guò)總線(xiàn)上的I／O模塊、A／D模塊接口，采集傳感器的量值，通過(guò)STD總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)RAM模塊，以及通過(guò)STD總線(xiàn)進(jìn)行主控模塊與總線(xiàn)上其他控制器之間，主控模塊與上位機之間的通信與數據交換等，構成了一個(gè)微型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )。本文的多路數字I／O就是STD總線(xiàn)中的一個(gè)模塊。

2 多路數字I／O的硬件設計
2．1 電路組成
主要由可編程邏輯電路、電平調理電路、總線(xiàn)接口電路以及電源電路等組成?？删幊踢壿嬘布捎肵ilinx公司的CPLD器件XC95288，應用。Xilinx公司的Project Navigator(ISE)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)；電平調理電路采用74LS245，具有輸入輸出電平轉換的功能，還可以通過(guò)接繼電器或者光電隔離器與外設接口；總線(xiàn)接口電路采用74LS245，對74LS245的DIR(方向)進(jìn)行讀寫(xiě)編程，實(shí)現了與STD總線(xiàn)的數據通信，電源電路為CPLD以及電平轉換電路等提供必需的電源系統。
硬件實(shí)現框圖如圖2所示，虛線(xiàn)框內為多路數字I／O的硬件電路部分。

2．2 性能特點(diǎn)
數量多 CPLD芯片XC95288具有208個(gè)管腳，其中用戶(hù)I／O管腳數量達到168個(gè)，除了地址總線(xiàn)、數據總線(xiàn)以及片選信號等所占用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 如此眾多數量的I／O，完全由一片CPLD來(lái)實(shí)現，簡(jiǎn)化了電路設計程序，減少了PCB的設計面積，又提高了數字I／O的穩定性；
靈活性高 由于每一個(gè)I／O都可獨立編程，因此在使用過(guò)程中變得非常靈活，可以根據現場(chǎng)需求隨時(shí)改變其輸入、輸出，在工業(yè)控制應用領(lǐng)域為產(chǎn)品的增強與升級提供了極大的靈活性。
此外，該設計還具有傳輸速度高(由CPLD的傳輸特性決定)及電平兼容性好等特點(diǎn)，可滿(mǎn)足用戶(hù)在測試、控制及設計應用中的多種需求。

3 多路數字I／O的程序設計
該系統使用業(yè)界領(lǐng)先的FPGA設計環(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合在一起，可以在最短的時(shí)間，獲得最佳的硬件設計。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(mén)，168個(gè)用戶(hù)I／O，再加上靈活、高度優(yōu)化的VHDL硬件描述語(yǔ)言，實(shí)現了128位數字I／O的程序化設計。