[发明专利]基于SPI总线的测量控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种为飞机、汽车、轮船等系统提供模拟量采集接口、关键数据存取接口、开关量信号采集接口，基于串行外围设备接口SPI(SerialPeripheralInterface)总线的测量控制系统。

背景技术

随着微处理器的发展及其在各领域的广泛应用，在现代控制、通信及检测等领域对电子测量技术和电子仪器系统提出越来越高的要求，对测试速度和精确度的要求也与日俱增。测试系统主要包括对实时数据的高速采集、现场显示和分析处理3部分，其中最重要的一环就是实时数据高速采集，因为它关系到能否真实反映被测对象的状态和性能。目前采用SPI总线接口的芯片越来越多，在仪器仪表、工业控制、数字家电等方面普遍得到应用。SPI串行外设接口总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。可以使单片机与各种外围设备(如FLASHRXM、网络控制器、A/D转换器和MCU等)以串行方式进行通信以交换信息。SPI总线系统可直接与多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MISO和低电平有效的从机选择线CS。数据采集系统检测的信号是低频缓变信号，信号经过A/D转换器处理后通过SPI总线与微处理器进行数据传输，在微处理器中对所采集数据进行处理，并在LCD上显示处理结果，实现对低频缓变信号的实时监测。

为了提高无线数据传输系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术，由于无线数据传输系统的实际对象往往都是一些模拟量，然而绝大多数控制器无法直接处理模拟信号，因此需要A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号。在采用并行A/D转换芯片中，A/D转换芯片的接口电路比较繁琐，且要占用太多I/O引脚。

在微机测控系统中，通常要用A/D转换器把现场现与具有SPI总线接口功能的各种L/O器件直接接口，可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接J器件和L/O口线，提高设计的可靠性。利用SPI总线可以构成各种系统，如一个主MCU和几个从MCU、几个从MCU相互连接构成多主机系统(分布式系统)、一个主MCU和几个从L/O设备所构成的各种系统等。在大多数应用场合，可以使用一个MCU作为主控机来控制数据，并向一个或多个外围器件传送该数据。SPI总线结构系统的工作原理是模拟信号转换为数字信号，把数字量传输给单片机以便进行信号检测，达到控制目的。当检测信号为高频信号时通常并行扩展一片或多片A/D转换器；当检测信号为低频缓变信号时，串行扩展A/D芯片不仅节省成本，而且提高系统的可靠性。

随着微处理器的发展及其在各领域的广泛应用，人们对电子测量技术和电子仪器系统提出越来越高的要求，对测试速度和精确度的要求也与日俱增。测试系统主要包括对实时数据的高速采集、现场显示和分析处理三部分，其中最重要的一环就是实时数据高速采集，因为它关系到能否真实反映被测对象的状态和性能。为了满足SPI总线的测量控制系统的指标、提高数据的精确性采样和系统的抗干扰能力，现有技术往往采用外部数据存储器保存用户程序文件和用户原始数据，保存系统运行时的各种状态信息以及中间结果。现有技术采用外部数据存储器扩展方法一般采用并行方式进行扩展，该方式占用控制器太多的资源。一般的微控制芯片SPI接口的个数不能满足实际需求。一是可以选择具有多个SPI接口的控制器，二是通过译码器扩展电路实现SPI接口的扩展，但是第一种方案成本就会增加，而第二种方案可以较好的解决成本问题。在掉电数据保护的场合，需要更快速率进行数据传输，传统的方法无法满足要求。

在控制系统中，常常会接收其他设备的开关量信号以响应某事件的发生，一般是将其与控制器的I/O口相连，通过读取I/O口状态来识别，然而一个系统中开关量信号数量少则几个，多则数十个，通过I/O口来识别开关量信号是不现实的。

发明内容

本发明的目的在于解决传统的硬件电路设计方法占用资源多、接口复杂、扩展性差等缺点，提供一种电路简单、兼容性强、通用性好，访问速率快、扩展能力强的测量控制系统。