基于STD总线的多路数字I/O设计

　　在工业控制领域，数字I/O以其简单、灵活的特性，得到了广泛的应用。以往对于数字I/O的应用和数量增加的方法通常用GAL和专用I/O芯片采用译码扩展等方式来实现，这种方式尽管能够满足一定程度上的要求，但对于更大数量的I/O应用，比如几十甚至上百路的数字I/O，就勉为其难了。为了满足这种要求，并且进一步提高数字I/O的使用效率，专门针对多路数字I/O进行了基于STD总线的设计，应用Xilinx公司的CPLD进行编程开发，实现了64位数字输入DIN 0～DIN 31和64位数字输出DOUT O～DOUT 31，同时每一路I/O可以独立编程，既可以作为输入又可以作为输出。

　　1 STD总线

　　目前，STD标准总线已成为工业控制领域内最流行的标准总线之一，主要用于8位微处理机和单片机工业控制系统。STD总线的典型结构如图1所示。

　　在工业控制系统的实际应用中，上位机、主控模块等往往需要通过STD总线，根据STD总线的协议、特性访问其他的单片机系统。例如，在某测量设备中，上位机、主控模块可以通过总线上的I/O模块、A/D模块接口，采集传感器的量值，通过STD总线访问RAM模块，以及通过STD总线进行主控模块与总线上其他控制器之间，主控模块与上位机之间的通信与数据交换等，构成了一个微型的工业控制网络。本文的多路数字I/O就是STD总线中的一个模块。

　　2 多路数字I/O的硬件设计

　　2.1 电路组成

　　主要由可编程逻辑电路、电平调理电路、总线接口电路以及电源电路等组成。可编程逻辑硬件采用Xilinx公司的CPLD器件XC95288，应用。Xilinx公司的Project Navigator(ISE)集成开发环境进行编程开发;电平调理电路采用74LS245，具有输入输出电平转换的功能，还可以通过接继电器或者光电隔离器与外设接口;总线接口电路采用74LS245，对74LS245的DIR(方向)进行读写编程，实现了与STD总线的数据通信，电源电路为CPLD以及电平转换电路等提供必需的电源系统。

　　硬件实现框图如图2所示，虚线框内为多路数字I/O的硬件电路部分。

　　2.2 性能特点

　　数量多 CPLD芯片XC95288具有208个管脚，其中用户I/O管脚数量达到168个，除了地址总线、数据总线以及片选信号等所占用40个I/O之外，其余的128个I/0完全可以作为通用I/0编程使用;

　　面积小 如此众多数量的I/O，完全由一片CPLD来实现，简化了电路设计程序，减少了PCB的设计面积，又提高了数字I/O的稳定性;

　　灵活性高 由于每一个I/O都可独立编程，因此在使用过程中变得非常灵活，可以根据现场需求随时改变其输入、输出，在工业控制应用领域为产品的增强与升级提供了极大的灵活性。