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        基于CPLD的PLC背板總線協(xié)議接口芯片設(shè)計(jì)

        作者: 時(shí)間:2013-06-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          可編程邏輯控制器()主機(jī)是通過背板總線支持?jǐn)U展模塊的連接, 背板總線是 主機(jī)同I/O擴(kuò)展模塊之間的高速數(shù)據(jù)通路,支持主機(jī)和擴(kuò)展模塊之間的I/O 數(shù)據(jù)刷新。背板總線的技術(shù)水平?jīng)Q定了 產(chǎn)品的I/O 擴(kuò)展能力,是PLC 設(shè)計(jì)制造的核心技術(shù)。目前,PLC 大多采用串行通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)背板總線,串行總線引線少、硬件成本低,跟并行總線相比不容易受干擾,串行總線可以提高在惡劣的工廠和工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)化設(shè)備的可靠性。用于串行通信技術(shù)的可選類型包括I2C、UART、SPI、USB 和以太網(wǎng)等,一般來說,很多作為PLC 主芯片的單片機(jī)自身都集成了這些外設(shè)部件。但是單片機(jī)內(nèi)部集成的I2C、UART、SPI 外設(shè)通信速率太慢,根本不能滿足底板總線的通信速度要求。USB 和以太網(wǎng)的通信速度雖然很快但由于它們都是通用的接口,在通信協(xié)議處理時(shí)需要單片機(jī)的干預(yù), 單片機(jī)處理數(shù)據(jù)速度較慢,因此整體通信速度仍然很慢。一臺(tái)大型的PLC 采集上千點(diǎn)I/O 數(shù)據(jù)的時(shí)間一般不到1ms,要滿足如此高速的通信要求必須設(shè)計(jì)專門的背板總線。

          1 背板總線工作原理

          如圖1 所示,基于背板總線的數(shù)據(jù)通信流程如下:

         ?。?)PLC 主機(jī)的命令通過主機(jī)協(xié)議芯片發(fā)送到背板總線;(2)從機(jī)協(xié)議芯片把接收到的命令給擴(kuò)展模塊的單片機(jī), 某一個(gè)擴(kuò)展模塊的單片機(jī)做出應(yīng)答,通過從機(jī)協(xié)議芯片把應(yīng)答數(shù)據(jù)送往背板總線;(3)主機(jī)協(xié)議芯片收到應(yīng)答數(shù)據(jù),并送往PLC主機(jī)的單片機(jī)。

        圖1 背板總線通信框圖

          PLC 主機(jī)發(fā)往背板總線的數(shù)據(jù)可以分成兩類:一類是I/O 刷新數(shù)據(jù),具有周期性,數(shù)據(jù)交換非常頻繁;另一類是診斷性數(shù)據(jù),具有非周期性,出現(xiàn)機(jī)會(huì)較少。

          2 協(xié)議芯片設(shè)計(jì)

          本設(shè)計(jì)定義背板總線采用類似SPI 串行通信的規(guī)格,用于通信的引線共4 根,包括時(shí)鐘信號(hào)SCLK、片選信號(hào)SSEL、寫數(shù)據(jù)引線MISO 和讀數(shù)據(jù)引線MOSI;支持主機(jī)和從機(jī)同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)位格式如圖2 所示,數(shù)據(jù)幀在SSEL 信號(hào)為低電平時(shí)傳輸。

        圖2 背板總線數(shù)據(jù)規(guī)格


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