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          基于STD總線的多路數(shù)字I/O設(shè)計

          作者: 時間:2010-08-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          在工業(yè)控制領(lǐng)域,I/O以其簡單、靈活的特性,得到了廣泛的應(yīng)用。以往對于I/O的應(yīng)用和數(shù)量增加的方法通常用GAL和專用I/O芯片采用譯碼擴展等方式來實現(xiàn),這種方式盡管能夠滿足一定程度上的要求,但對于更大數(shù)量的I/O應(yīng)用,比如幾十甚至上百路的I/O,就勉為其難了。為了滿足這種要求,并且進(jìn)一步提高數(shù)字I/O的使用效率,專門針對多路數(shù)字I/O進(jìn)行了,應(yīng)用Xilinx公司的CPLD進(jìn)行編程開發(fā),實現(xiàn)了64位數(shù)字輸入DIN 0~DIN 31和64位數(shù)字輸出DOUT O~DOUT 31,同時每一路I/O可以獨立編程,既可以作為輸入又可以作為輸出。

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          目前,標(biāo)準(zhǔn)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的標(biāo)準(zhǔn)總線之一,主要用于8位微處理機和單片機工業(yè)控制系統(tǒng)。STD總線的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/162940.htm


          在工業(yè)控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用中,上位機、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系統(tǒng)。例如,在某測量設(shè)備中,上位機、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,主控模塊與上位機之間的通信與數(shù)據(jù)交換等,構(gòu)成了一個微型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。本文的多路數(shù)字I/O就是STD總線中的一個模塊。

          2 多路數(shù)字I/O的硬件
          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??删幊踢壿嬘布捎肵ilinx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74LS245的DIR(方向)進(jìn)行讀寫編程,實現(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
          數(shù)量多 CPLD芯片XC95288具有208個管腳,其中用戶I/O管腳數(shù)量達(dá)到168個,除了地址總線、數(shù)據(jù)總線以及片選信號等所占用40個I/O之外,其余的128個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來實現(xiàn),簡化了電路程序,減少了PCB的設(shè)計面積,又提高了數(shù)字I/O的穩(wěn)定性;
          靈活性高 由于每一個I/O都可獨立編程,因此在使用過程中變得非常靈活,可以根據(jù)現(xiàn)場需求隨時改變其輸入、輸出,在工業(yè)控制應(yīng)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(shè)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,可滿足用戶在測試、控制及設(shè)計應(yīng)用中的多種需求。

          3 多路數(shù)字I/O的程序設(shè)計
          該系統(tǒng)使用業(yè)界領(lǐng)先的FPGA設(shè)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(jié)合在一起,可以在最短的時間,獲得最佳的硬件設(shè)計。XC95288 CPLD是低功耗3.3 V器件,288個宏單元,6 400個可用邏輯門,168個用戶I/O,再加上靈活、高度優(yōu)化的VHDL硬件描述語言,實現(xiàn)了128位數(shù)字I/O的程序化設(shè)計。


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