[發明專利]基于SPI總線的測量控制系統

在審

• 申請號: 201510733629.1
• 申請日: 2015-11-01
• 公開（公告）號: CN105388805A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 黎右翼
• 申請（專利權）人: 四川泛華航空儀表電器有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種為飛機、汽車、輪船等系統提供模擬量采集接口、關鍵數據存取接口、開關量信號采集接口，基于串行外圍設備接口SPI(SerialPeripheralInterface)總線的測量控制系統。

背景技術

隨著微處理器的發展及其在各領域的廣泛應用，在現代控制、通信及檢測等領域對電子測量技術和電子儀器系統提出越來越高的要求，對測試速度和精確度的要求也與日俱增。測試系統主要包括對實時數據的高速采集、現場顯示和分析處理3部分，其中最重要的一環就是實時數據高速采集，因為它關系到能否真實反映被測對象的狀態和性能。目前采用SPI總線接口的芯片越來越多，在儀器儀表、工業控制、數字家電等方面普遍得到應用。SPI串行外設接口總線系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。可以使單片機與各種外圍設備(如FLASHRXM、網絡控制器、A/D轉換器和MCU等)以串行方式進行通信以交換信息。SPI總線系統可直接與多種標準外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時鐘線SCK、主機輸入/從機輸出數據線MISO、主機輸出/從機輸入數據線MISO和低電平有效的從機選擇線CS。數據采集系統檢測的信號是低頻緩變信號，信號經過A/D轉換器處理后通過SPI總線與微處理器進行數據傳輸，在微處理器中對所采集數據進行處理，并在LCD上顯示處理結果，實現對低頻緩變信號的實時監測。

為了提高無線數據傳輸系統的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數字計算機技術，由于無線數據傳輸系統的實際對象往往都是一些模擬量，然而絕大多數控制器無法直接處理模擬信號，因此需要A/D轉換芯片將模擬信號轉換為數字信號。在采用并行A/D轉換芯片中，A/D轉換芯片的接口電路比較繁瑣，且要占用太多I/O引腳。

在微機測控系統中，通常要用A/D轉換器把現場現與具有SPI總線接口功能的各種L/O器件直接接口，可以簡化電路設計，節省很多常規電路中的接J器件和L/O口線，提高設計的可靠性。利用SPI總線可以構成各種系統，如一個主MCU和幾個從MCU、幾個從MCU相互連接構成多主機系統(分布式系統)、一個主MCU和幾個從L/O設備所構成的各種系統等。在大多數應用場合，可以使用一個MCU作為主控機來控制數據，并向一個或多個外圍器件傳送該數據。SPI總線結構系統的工作原理是模擬信號轉換為數字信號，把數字量傳輸給單片機以便進行信號檢測，達到控制目的。當檢測信號為高頻信號時通常并行擴展一片或多片A/D轉換器；當檢測信號為低頻緩變信號時，串行擴展A/D芯片不僅節省成本，而且提高系統的可靠性。

隨著微處理器的發展及其在各領域的廣泛應用，人們對電子測量技術和電子儀器系統提出越來越高的要求，對測試速度和精確度的要求也與日俱增。測試系統主要包括對實時數據的高速采集、現場顯示和分析處理三部分，其中最重要的一環就是實時數據高速采集，因為它關系到能否真實反映被測對象的狀態和性能。為了滿足SPI總線的測量控制系統的指標、提高數據的精確性采樣和系統的抗干擾能力，現有技術往往采用外部數據存儲器保存用戶程序文件和用戶原始數據，保存系統運行時的各種狀態信息以及中間結果。現有技術采用外部數據存儲器擴展方法一般采用并行方式進行擴展，該方式占用控制器太多的資源。一般的微控制芯片SPI接口的個數不能滿足實際需求。一是可以選擇具有多個SPI接口的控制器，二是通過譯碼器擴展電路實現SPI接口的擴展，但是第一種方案成本就會增加，而第二種方案可以較好的解決成本問題。在掉電數據保護的場合，需要更快速率進行數據傳輸，傳統的方法無法滿足要求。

在控制系統中，常常會接收其他設備的開關量信號以響應某事件的發生，一般是將其與控制器的I/O口相連，通過讀取I/O口狀態來識別，然而一個系統中開關量信號數量少則幾個，多則數十個，通過I/O口來識別開關量信號是不現實的。

發明內容

本發明的目的在于解決傳統的硬件電路設計方法占用資源多、接口復雜、擴展性差等缺點，提供一種電路簡單、兼容性強、通用性好，訪問速率快、擴展能力強的測量控制系統。