SPI总线扩展嵌入式PLCI／O的设计与实现-论文

2计算机t测量与控制 . 2 0 1 Co m pu e r M e a s u r e me n t’ 1 9 54

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C o n t r ol

l l勇 ¨ A蚕‘ ; j l i 。● - J ‘ r用文献标识码： A

文章编号： 1 6 7 1—4 5 9 8 ( 2 0 1 2 ) 0 7—1 9 5 4一o 3

中图分类号： T P 3 3 6

S P I总线扩展嵌入式 P L C I/ O的设计与实现李 磊，王安义，曹凤莲，李 正( 1 .淮阴师范学院物理与电子电气工程学院，江苏淮安 2 2 3 3 0 0;2 .西安科技大学通信与信息工程学院，西安 7 1 0 0 5 4 )摘要：针对嵌入式可编程控制器可用 i/ o较少的缺点，利用 S P I总线时钟速度、数据位长度、时钟模式可编程控制的特点，提出了 S P I总线与移位寄存器 HC 1 6 5和 HC5 9 5扩展嵌入式可编程控制器 uo的方案；研究了 TMS 4 7 0 R1 A2 8 8为微处理器的嵌人式智能可编程控制器的硬件结构，S P I总线的特点，并移植了“ c/ O s一Ⅱ操作系统；设计了输入、输出扩展硬件电路，采用 S P I总线 Ma s t e r工作模式，解决了 S P I总线与移位寄存器的时序配合问题，并确定了 I/ O的逻辑顺序，滤波电容的应用，降低了扩展电路对系统的干扰；设计了I/ O软件控制流程图，编程实现对扩展电路 I l O的控制，时钟速率 1 0 0 k Hz,数据长度 8 b i t s,测试数据与设计功能一致。 关键词：嵌入式可编程逻辑控制器；S P I总线；移位寄存器；I/ 0扩展

De s i g n a n d I mp l e me n t a t i o n o f E x t e n d i n g E mb e d d e d P L C I/ 0 b y S P I B u sLi Le i,W a n g An yi。,Ca o Fe n gl i a n,Li Zhe n g

( 1 . Hu a i y i n N o r ma 1 Un i v e r s i t y S c h o o l o f P h y s i c s a n d E l e c t r o n i c E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g

,Hu a i’ a n 2 2 3 3 0 0, C h i n a;2 . Co mmu n i c a t i o n a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g Co l l e g e Xi a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e& Te c h n o l o g y,Xi’ a n 7 1 0 0 5 4,Ch i n a )A b s t r a c t:I n o r d e r t o o v e r c o me f e w a v a i l a b l e I/ O o f e mb e d d e d p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r( EP L C),e x t e n d i n g E P L C I/ O b y S P I b u sa nd t h e s h i f t r e gi s t e r s i s p r e s e nt e d,f o r S P I b u s’ S c l o c k s p e e d,d a t a bi t s l e n g t h a n d c l o c k mo d e c a n be c o n t r o l l e d t h r o u g h p r o g r a mm i n g .Th e

h a r d wa r e s t r u c t u r e o f E P L C b a s e d o n TMS 4 7 0 R1 A2 8 8 MC U a n d t h e f e a t u r e s o f S P I b u s a r e s t u d i e d,a n d“ C/ OS一Ⅱi s t r a n s f e r r e d t o i t .The i n p u t a n d o u t p u t e x p a ns i o n c i r c u i t s a r e d e s i g ne d,t he ma t c h i n g p r o b l e m o f t he i r s e r i e s a r e s o l v e d b y ma s t e r wo r k i n g mo d e l o f SP I b us,

l o g i c a l I/ 0 o r d e r i s c o n f i r me d,a n d t h e s y s t e m i n t e r f e r e n c e b y t h e e x p a ns i o n c i r c u i t s i s r e d u c e d t h r o ug h us i n g f

i l t e r c a p a c i t o r s .Th e s o f t wa r e

f l o w c h a r t s o f I/ O i s g i v e n,t h e I/ O e x p a n s i o n c i r c u i t s a r e c o n t r o l l e d b y p r o g r a mmi h g,s e l e c t i n g 1 0 0 k Hz’ S c l o c k s p e e d a n d 8 b i t s’ d a t al e n g t h,t he t e s t d a t a b r i n gs i nt o c o r r e s p o n d e n c e wi t h d e s i g n .

K e y w o r d s:E P L C;S P I b u s;s h i f t r e g i s t e r s;I/ 0 e x p a n s i o n

0 引言可编程控制器 (P L C )由于结构简单、编程方便、性能优异和应用方便等特点，尤其近年来通用可编程逻辑控制器和

微型智能可编程器的开发应用[ 1 ],使得 P I c成为当今用途最为广泛的工业控制器。嵌入式智能可编程逻辑控制器，主模块输入/输出点数范围一般从 1 6点到 6 O点，但是一部分 I/ 0口 复用于控制和通讯接口之后，留作 I/ 0的只有 3 O根左右，文献 E l i中 P L C主控模件本体带有 2 4通道 2 4 V直流数字量输入，以及 1 6通道晶体管输出 (或者继电器输出 ),因此对于大于 3 O点的模块必须考虑 I/ O的扩展。

1 嵌入式 P L C与 S P I总线1 . 1嵌入式 P L C

基于 T MS 4 7 0 R1 A2 8 8微处理器的嵌入式 P L C系统硬件构成如图 1所示，该系统对操作系统的支持广泛，包括 C/ o s, Wi n d o w s C E,L i n u x等。 C/ 0S一Ⅱ可以看作是一个功能强大完善的多任务调度器，具有很好的可移植性，因此我们将此操作系统移植口 到该平台上。1 . 2 S P I总线图 1控制模块硬件结构

质上是一个长度可编程的移位寄存器。S P I总线具有同步串

输入和输出接口，串行数据流在同步时钟的作用下移人或移的设备，不需要进行寻址操

作，而且数据位数和同步时钟速是可编程的。S P I总线以主从模式工作[ 4],其接口结构见参文献[ 5]。

S P I总线用于微处理器与外设或其它处理器之间的高速通

讯，它的时钟速度、数据位长度、时钟模式可以灵活控制，实收稿日期： 2 0 1 2—0 1—2 9;’修回日期： 2 0 1 2—0 3— 2 3。 作者简介：李磊( 1 9 7 9一 ),男，江苏徐州人，讲师，硕士，主要从事

2 I/ o扩展电路设计2 . 1输入扩展

电子技术应用及信号处理方向的研究。

HC 1 6 5扩展 1 6路输入的原理如图 2所示，两片 HC 1 6 5

1 9 5 6 S P I 2 CT RL 3=0 x 0 0;S P I 2 C TR L 2—0 x 3 8;S PI 2 PC1=O xl 1 l UDTY= 0: OUT—

计算机测量与控制//接受中断使能// S P I主模式，时钟模式 0* ( i n p u t Ar r a y +i )i=0

第 2 o卷表 2系统输人数据i=1 i一 2 i一 3 i=4 i一5 i一6 i 7

值* ( i n p ut Ar r a y +i )

1

1

O

1

O

O

0

1

EN= 0;

需要发送的数据写入 S P I的寄存器 S P I 2 D A T0,向寄存器

i一8 i一9 i一 1 0 i一 1 1 i一 1 2 i: 1 3 i一1 4 i= 1 5

S P I 2 DA T 0写人数据后 S P I模块开始启动数据发送，从S P I 2 S I MO端口首先移出的是发送数据的最高位，其控制流程

值

1

0

1

O

O

1

1

O

图如图 4 ( a )所示；在发送数据的同时，接收的数据从S P I 2 S OMI端口移入 S P I 2 D AT 0的最低位。在设定的数据位数* ( o u t p u t Ar r a￣ +i )

表 3系统输出数据i= 0 i一 1 i= 2 i一 3 i= 4 i一 5 i一 6 i= 7

发送完成后，接收到 .的数据自动从 S P I 2 D AT 0拷贝到 S P I 2 B UF,读寄存器 S P I 2 B UF就可以得到接收到的数据，其控制流程图如图 4( b )所示。

值*

( o u t p u t Ar r a]

l

1

O

l

O

l

1

O

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