基于STD總線的多路數字I／O設計

在工業控制系統的實際應用中，上位機、主控模塊等往往需要通過STD總線，根據STD總線的協議、特性訪問其他的單片機系統。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據交換等，構成了一個微型的工業控制網絡。本文的多路數字I／O就是STD總線中的一個模塊。

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、總線接口電路以及電源電路等組成。可編程邏輯硬件采用Xilinx公司的CPLD器件XC95288，應用。Xilinx公司的Project Navigator(ISE)集成開發環境進行編程開發；電平調理電路采用74LS245，具有輸入輸出電平轉換的功能，還可以通過接繼電器或者光電隔離器與外設接口；總線接口電路采用74LS245，對74LS245的DIR(方向)進行讀寫編程，實現了與STD總線的數據通信，電源電路為CPLD以及電平轉換電路等提供必需的電源系統。
硬件實現框圖如圖2所示，虛線框內為多路數字I／O的硬件電路部分。

2．2 性能特點
數量多 CPLD芯片XC95288具有208個管腳，其中用戶I／O管腳數量達到168個，除了地址總線、數據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 如此眾多數量的I／O，完全由一片CPLD來實現，簡化了電路設計程序，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，可以根據現場需求隨時改變其輸入、輸出，在工業控制應用領域為產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，可滿足用戶在測試、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
該系統使用業界領先的FPGA設計環境XilinxISE，其將先進的技術與靈活性、易使用性的圖形界面結合在一起，可以在最短的時間，獲得最佳的硬件設計。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、高度優化的VHDL硬件描述語言，實現了128位數字I／O的程序化設計。