无线传感器网络节点模块化接口电路设计

2 SPI接口电路设计

　　数据存储管理系统以单片机和可编程逻辑器件组成核心控制器。可编程逻辑器件CPLD依据其编程灵活、易修改的特点，配合单片机在其内部扩展SPI接口电路，不仅简化了接口和控制，且提高了系统的整体性能及系统扩展性。

　　SPI接口电路设计分两部分：

　　(1)硬件部分：CPLD内扩展SPI接口框图如图2。在CPLD内部编写双向IO总线、地址锁存译码电路、时钟发生器、接收和发送数据移位寄存器、传输结束标志SPIF产生器等电路完成SPI接口电路设计。READY1为与从机(冲击波模块等)通信时状态标志位，用于当主机与从机通信时查询使用，READY1为1时，可读取冲击波数据。

　　当单片机发送数据时，IO总线首先发送地址码，地址锁存译码电路生成数据装载使能片选信号，之后IO总线待发送字节锁存到数据寄存器SPDR，同时Sek时钟发生器产生8个Sek时钟，SPDR移位寄存器在Sek的时钟沿把待发送字节从MOSI顺序移出，同时把MISO引脚数据移入SPDR寄存器，Sek计数器计数到8个Sek时钟后，产生SPIF传输结束标志，单片机读取SPIF标志是否为1，判断一字节时候传输完毕。

　　(2)软件部分：单片机为主控制器，首先查询从机状态标志位READY是否为1，判断是否可以与从机通信。从机准备就绪时，单片机可装载1字节发送数据，启动CPLD内部SPI接口电路，查询并等待SPI传输结束标志位SPIF为1，完成一字节数据传输，如此重复。图3、图4为主机发送与接收1字节流程图。

　　3 试验结果与分析

　　图5为逻辑分析仪捕获CPLD扩展SPI接口电路读取冲击波模块数据时波形。

　　bit8：READY信号，从机高电平时主机读取数据;bit9：Sck时钟信号，主机查询READY为高时装载发送字节，并产生8个Sek时钟，启动SPI传输;bit10：MOSI，主机输出端口;bit11：MISO，主机输入端口，Sek上升沿读取数据，连续两个周期读取的数据分别为0x07(000001 11)，0Xb0(10110000)，两周期时间间隔为20.400us，传输速度可达4×105bps，满足系统要求。

　　结束语

　　为了满足系统测试任务，无线传感器节点采用模块化设计，各功能模块通过SPI接口链接。由于系统功能要求，使一个模块与多个模块链接通信，其接口电路SPI工作在不同的主从机模式，使用单一SPI接口主从切换，势必降低模块间通信速度与灵活性。依据可编程逻辑器件CPLD有其编程灵活、易扩展性，在模块内部扩展专用SPI接口，试验证明SPI接口电路设计，有简化模块间连接、提高通信速度、系统扩展性强，以及提高系统整体性能的特点。