一种通用扩展接口的控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种通用扩展接口的控制系统，包括：ZYNQ处理器、扩展接口、外设模块、为上述功能模块提供可靠电源的电源模块，所述ZYNQ处理器与扩展接口通信连接，所述扩展接口连接外设模块，对外设模块的功能引脚发送命令；所述ZYNQ处理器还与外设模块全双工通信连接；所述外设模块包括：AD模块、DA模块，所述AD模块与ZYNQ处理器通过SPI通信，将输入的模拟信号转换为数字信号并传输给ZYNQ处理器；所述DA模块与ZYNQ处理器SPI通信，将ZYNQ处理器输入的数字信号转换为模拟信号，选用ZYNQ处理器，该处理器具有强大的浮点、定点处理及并行计算能力；采用MAX7301扩展接口，显著增加了并口接口；通过多个MAX7301扩展接口连接更多的外设模块，显著提高系统的兼容性。显著提高系统的兼容性。显著提高系统的兼容性。

【技术实现步骤摘要】
一种通用扩展接口的控制系统


[0001]本专利技术涉及通用扩展接口控制系统
，尤其是一种通用扩展接口的控制系统，用于通信等用途。

技术介绍

[0002]在传统的SOC（System on Chip的缩写，称为系统级芯片）控制系统中，一般使用SOC自带的外设接口来连接外设模块，在外设模块不多的情况下，这样的控制系统可以满足要求，但是随着工业领域的不断的发展，对控制系统的功能以及性能的要求越来越高，需要控制系统中包含更多的高性能外设模块，这就需要SOC具有更高的性能且能够耦合更多的外设模块，但这同事也意味着SOC会有更高的成本与更差的兼容性，因此，在实际的生产使用中，兼容性好，扩展性强的控制系统越来越受亲睐。
[0003]传统的SOC控制系统具有以下不足，检测模块不全面：（1）主控芯片外设接口不足：传统的控制系统中，如果不使用扩展接口，由于主控芯片外设接口有限，当需要控制的模块较多时，会出现外设接口不足的情况；（2）数据转换能力不足：为降低系统功耗，传统的控制系统主要是采用FPGA（现场可编程门阵列）+MCU（微控制器）方案，FPGA主要负责对接收换能器调理后的模拟阵元域信号进行模数转换，再将转换后的数字信号传输给MCU来进行处理、存储，由于MCU信号处理能力较弱，数据转换能力不足；（3）兼容性不足：传统的控制系统外设模块直接与主控芯片连接，当需要增加或者删除外设模块时，可能需要改变原有的设备结构，重新进行配置。
[0004]专利技术型内容本专利技术提供一种通用扩展接口的控制系统，提高兼容外设模块的能力以及外设模块兼容性、具有高数据转换能力，为了实现上述目的，采用以下技术方案：包括：ZYNQ处理器、扩展接口、外设模块、为上述功能模块提供可靠电源的电源模块，所述ZYNQ处理器与扩展接口通信连接，所述扩展接口连接外设模块，对外设模块的功能引脚发送命令；所述ZYNQ处理器还与外设模块全双工通信连接；所述外设模块包括：AD模块、DA模块，所述AD模块与ZYNQ处理器通过SPI通信，将输入的模拟信号转换为数字信号并传输给ZYNQ处理器；所述DA模块与ZYNQ处理器SPI通信，将ZYNQ处理器输入的数字信号转换为模拟信号。
[0005]优选的，所述扩展接口设置有多个，所述扩展接口采用MAX7301扩展芯片，多个扩展接口通过SPI接口与ZYNQ处理器通信，通过片选信号驱动任意扩展接口。
[0006]优选的，所述ZYNQ处理器包括：FPGA、ARM，FPGA与ARM之间通过内部AXI
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4总线进行通信；FPGA的I/O接口与SPI接口、串行数据输出接口相连接。
[0007]优选的，扩展接口的输出引脚接外设模块的输入引脚，多个外设模块公用扩展接口输出引脚时，采用数字开关进行通道选择。
[0008]优选的，所述数字开关选用ADG5409，数字开关的A0、A1和EN管脚均接扩展接口的输出引脚，EN管脚用于启用或禁用数字开关，并通过A0、A1管脚所确定的地址，将4路差分输入之一切换至公共差分输出。
[0009]优选的，所述电源模块采用L6375S芯片，将3.3V的输入电压转换为24V输出电压。
[0010]优选的，所述AD模块采用ADS8168芯片，AD模块8路输入端接不同扩展接口输出端，并进行AD转换后传输给ZYNQ处理器。
[0011]优选的，所述DA模块采用AD5757芯片，所述DA芯片通过SPI协议与ARM端通信，将ARM端输入的数字信号转换为模拟信号输出。
[0012]本专利技术的有益效果：（1）选用ZYNQ处理器，该处理器包括FPGA和双核ARM，FPGA具有丰富的逻辑资源、存储资源、DSP资源，FPGA与ARM之间通过内部AXI
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4总线进行通信，该处理器具有强大的浮点、定点处理及并行计算能力；（2）采用MAX7301扩展接口，显著增加了并口接口，且MAX7301与ZYNQ主控芯片之间通过SPI协议通信，通信效率高；（3）可通过多个MAX7301扩展接口连接更多的外设模块，显著提高系统的兼容性；（4）ZYNQ处理器与各个外设模块间也是通过SPI协议进行通信，具有全双工、操作简单、数据传输效率高的特点；（5）外设模块中有高效的AD、DA转换模块，提高了数据转换的能力。
附图说明
[0013]图1为关于本专利申请的功能框图；图2为本专利申请关于ZYNQ处理器中FPGA部分的硬件原理图；图3为本专利申请关于ZYNQ处理器中ARM部分的硬件原理图；图4为本专利申请关于MAX7301扩展芯片的功能图；图5为本专利申请关于扩展接口的硬件原理图；图6为本专利申请关于ADG5409数字开关的硬件原理图；图7为本专利申请关于电源模块的硬件原理图；图8为本专利申请关于AD模块的原理图；图9为本专利申请关于DA模块的原理图；图10为本专利申请关于温度转换模块硬件原理图。
具体实施方式
[0014]现结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0015]图1所示，本专利申请包括：ZYNQ处理器、扩展接口、外设模块、为上述功能模块提供可靠电源的电源模块，所述ZYNQ处理器为核心器件，具有强大的浮点、定点处理及并行计算能力；所述ZYNQ处理器与扩展接口SPI通信连接，通信效率高；所述扩展接口连接外设模块，对外设模块的功能引脚发送命令，通过扩展接口连接更多的外设模块，显著提高了系统的兼容性；所述ZYNQ处理器还与外设模块全双工通信连接，且操作简单、数据传输效率高；所述外设模块包括：AD模块、DA模块，所述AD模块与ZYNQ处理器通过SPI通信连接，将输入的模拟信号转换为数字信号并传输给ZYNQ处理器；所述DA模块与ZYNQ处理器SPI通信连接，将ZYNQ处理器输入的数字信号转换为模拟信号。
[0016]图1、图2所示、图3所示，ZYNQ处理器选用7045型号，所述ZYNQ处理器内部集成了双核A9的ARM和一个7系列的FPGA，ARM端具有丰富的接口（千兆以太网、SD卡、WLAN、CAN总线、UART、USB、SPI、NAND FLASH、NOR FLASH等），工作主频可以达到800MHZ，内部也具有FPU（浮点处理单元）可以做一些简单的数字信号处理功能，ARM主要是完成多任务管理，包括各个
外设模块的工作模式设置、数据采集、通信控制等；FPGA与ARM之间通过内部AXI
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4总线进行通信；FPGA的I/O接口与SPI接口、串行数据输出接口相连接，主要是完成对温度传感器信息的采集、RS485通信、AD/DA控制等功能。
[0017]图4所示，所述扩展接口采用MAX7301扩展芯片，本专利申请使用三个MAX7301扩展芯片，MAX7301扩展芯片通过SPI接口与ZYNQ处理器通信，片选信号决定使用哪块扩展芯片，主控芯片通过DADA IN脚往扩展芯片写入数据，每一个数据输出引脚有一个对应的地址，其数据长度为16位，其中高八位为地址位，低八位为数据位。
[0018]图5所示，MAX7301与ZYNQ处理器通过S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用扩展接口的控制系统，其特征在于：包括：ZYNQ处理器、扩展接口、外设模块、为上述功能模块提供可靠电源的电源模块，所述ZYNQ处理器与扩展接口通信连接，所述扩展接口连接外设模块，对外设模块的功能引脚发送命令；所述ZYNQ处理器还与外设模块全双工通信连接；所述外设模块包括：AD模块、DA模块，所述AD模块与ZYNQ处理器通过SPI通信，将输入的模拟信号转换为数字信号并传输给ZYNQ处理器；所述DA模块与ZYNQ处理器SPI通信，将ZYNQ处理器输入的数字信号转换为模拟信号。2.根据权利要求1所述的一种通用扩展接口的控制系统，其特征在于：所述扩展接口设置有多个，所述扩展接口采用MAX7301扩展芯片，多个扩展接口通过SPI接口与ZYNQ处理器通信，通过片选信号驱动任意扩展接口。3.根据权利要求1所述的一种通用扩展接口的控制系统，其特征在于：所述ZYNQ处理器包括：FPGA、ARM，FPGA与ARM之间通过内部AXI
‑
4总线进行通信；FPGA的I/O接口与SPI接口、串行数据输出接口相连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟艺玲，杨凯强，徐彤彤，牛耀，刘耸霄，李树贤，李鑫旺，杨飞，周生启，
申请(专利权)人：海鹰企业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：