[发明专利]基于SPI总线的测量控制系统

权利要求书

1.一种基于SPI总线的测量控制系统，包括电源模块、含有微处理器的数据处理模块、具有可扩展SPI接口器件个数的片选信号模块、A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，其特征在于：数据处理模块电连接片选信号模块，片选信号模块输出端并联接A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块通过数据处理模块，并联输出端连接数据处理模块，数据处理模块通过SPI总线，对同一时刻只能有一个片选信号有效来控制片选信号模块产生片选信号，向选中模块发送控制命令实现两者之间的数据传输，进而实现A/D采样、数据存取以及开关量识别功能；数据存取模块数据处理模块将测量控制系统状态、实时重要参数通过SPI总线写入到数据存取模块中，将数据读出用于分析；数据处理模块通过SPI总线向A/D转换器发送模拟量到数字量转换的控制命令，A/D采样模块将采样选信号模拟量转换为数字量，并将转换结果通过SPI总线回送到数据处理模块进行处理；开关量识别模块通过微控制器的引脚输出转换时序，从SPI总线读取微控制器串行输入/输出移位寄存器输出的串行数据，通过SPI总线读取微控制器串行输入/输出移位寄存器输出的串行数据，得到外部信号的输入状态，最后通过SPI总线读取12位数据并对其进行处理。

2.如权利要求1所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：数据处理模块带有联合测试行为组织JTAG接口和通讯接口，该数据处理模块采用AVR单片机D101作为数据处理器。

3.如权利要求2所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：数据处理器是型号为ATMEGA128的单片机。

4.如权利要求1或2所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：数据处理模块由单片机D101、电源接地并联滤波电容C103、C136和C137、晶振G101，晶振G101负载电容C101、C102、以及用于程序下载的JTAG仿真插座构成的外围元器件组成，晶振G101为石英晶体振荡器。

5.如权利要求1或2所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：数据处理模块通过SPI总线读取来自外部开关量识别模块的开关量信号、8个外部模拟信号通道的采样数据通过A/D采样模块，以及外部数据存储器中的表格数据或者系统运行期间写入的数据；同时，数据处理模块通过SPI总线将系统重要的数据，写入外部数据存储器。

6.如权利要求1所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：片选信号模块由3-8译码器D102和电源滤波电容C104组成。

7.如权利要求1所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：为了能控制多个具有SPI接口的外围器件，数据处理器采用3-8译码器来实现最大可以支持扩展8个具有SPI接口的器件，通过更换译码器或增加译码器扩展更多具有SPI接口的器件。

8.如权利要求1所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：开关量识别模块由电源引脚VCC并联电容C110的8位移位寄存器D103构成的开关量识别电路组成；为对D103的输入输出信号进行隔离保护，由固态继电器D110和外围器件组成。

9.如权利要求1所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：为对D103的输入输出信号进行隔离保护，可以通过固态继电器D110引脚输出线并联电阻R113、电容C113，模拟地AGND、输出CARRY引脚输出线并联电容C114和并联接点电连接的电阻R114，以及引脚输出线通过电阻R104并联电容C124，引脚输出线电连接的电阻R103组成隔离电路，其中R113，R114是上拉电阻，电容C113、C114、C124用于过滤杂波，而R103和R104为限流电阻。

10.如权利要求1所述的基于SPI总线的测量控制系统，其特征在于：A/D采样模块由电压参考源D108、A/D转换芯片D106及其C129、C109和C122组成的滤波电路组成，其中D108及其外围器件C110和C130由转换芯片D106及其引脚输出线与模拟地AGND串联钽电容C130接点电连接且带有电容C111模拟地AGND并联回路的基准源D108、并联REFADADJ输出线的电容C122、电源引脚VCC电连接钽电容C129、电容C109电容并联回路组成，其中C111和钽电容C130为A/D转换芯片D106提供+4.096V的基准电压，钽电容C129、电容C109和C122用于滤除电源杂波；数据处理模块通过SPI总线向A/D转换芯片写入相应的控制命令实现转换，并将结果通过SPI总线回送到数据处理模块进行处理。