在工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，上位機(jī)、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(jī)系統(tǒng)。例如，在某測量設(shè)備中，上位機(jī)、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(jī)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的硬件設(shè)計(jì)
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(shí)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(shí)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(diǎn)
    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(shí)現(xiàn)，簡化了電路設(shè)計(jì)程序，減少了PCB的設(shè)計(jì)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(dú)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?yàn)楫a(chǎn)品的增強(qiáng)與升級提供了極大的靈活性。
    此外，該設(shè)計(jì)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(diǎn)，可滿足用戶在測試、控制及設(shè)計(jì)應(yīng)用中的多種需求。

3 多路數(shù)字I／O的程序設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)使用業(yè)界領(lǐng)先的FPGA設(shè)計(jì)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(jì)。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(shí)現(xiàn)了128位數(shù)字I／O的程序化設(shè)計(jì)。
3．1 部分程序代碼
    部分程序代碼如下：
   
   
    其中：addr是10位地址總線；bd是8位數(shù)據(jù)總線；en_245和dir_245分別是STD總線接口芯片74LS245的片選使能與方向信號；tempx是片內(nèi)寄存器；io_inx和outx分別是8位輸入、8位輸出I／O口。
3．2 性能描述
    多路數(shù)字I／O口的選擇由10位地址決定，不同的地址操作不同的。I／O端口，在I／O非動態(tài)情況下，數(shù)據(jù)總線處于高阻狀態(tài)，避免了總線沖突，同時也提高了I／O端口的穩(wěn)定性，減少了高速數(shù)據(jù)傳輸條件下引起不必要的錯誤，根據(jù)現(xiàn)場對I／O輸入、輸出的需要，可以修改程序，靈活改變端口的功能，另外，對于輸出端口，加入了數(shù)據(jù)寫出后讀回的功能，使得上位機(jī)能夠隨時驗(yàn)證寫出數(shù)據(jù)的正確性，對于外設(shè)信號，通過信號調(diào)理板實(shí)現(xiàn)電平匹配，進(jìn)一步增加了本設(shè)計(jì)的功能可靠性。

4 結(jié)語
    以CPLD器件為核心，選用Xilinx公司的ISE作為硬件開發(fā)平臺，并采用VHDL編程語言，充分應(yīng)用了可編程邏輯器件的特點(diǎn)，發(fā)揮了VHDL硬件描述語言的編程優(yōu)點(diǎn)。減少了芯片數(shù)量，既做到了系統(tǒng)小型化又降低了成本。程序已通過綜合實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用了STD總線的通訊特點(diǎn)，與總線上的其他板卡、設(shè)備通訊也極為方便，既解決了工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的一般問題，又達(dá)到了工業(yè)通用I／O的較高要求?？傊?，該多路數(shù)字I／O設(shè)計(jì)容量高、功耗低、速度快，不僅具有通用性、實(shí)用性，而且具有靈活性和移植性，便于調(diào)試，為高速I／O開發(fā)設(shè)計(jì)提供了一種很好的嘗試，相信在很多行業(yè)都會有廣闊的應(yīng)用前景。