四創(chuàng)電子股份有限公司 廖 芹

本文提供了一種新型的地址總線取址方法，用于一些插槽機箱的背板接口的地址映射，便于數(shù)據(jù)通信。即通過SPI總線與CPU進行通信，IO資源占用少；通過分壓取地址的方式，只需改變背板的分壓電阻值，細分電壓檔位就可以擴展插槽；且取址方法精度高，任何一個功能模塊插在這個插槽里面，通過AD采集，處理器即可通過SPI總線的通信方式得知功能模塊的地址。

為了實現(xiàn)更多的功能，很多機箱的背板上設(shè)置有很多插槽即硬件接口，通過插槽與一些可插拔的功能模塊進行連接實現(xiàn)某些特定的功能。為了便于與這些功能模塊進行通信或者對這些功能模塊進行監(jiān)控，通常需要為各個插入插槽的功能模塊分配唯一的地址。

目前，常采用如下方法進行硬件地址分配。在背板的插槽上設(shè)置多個用于分配硬件地址的引腳，各引腳的信號輸出可以為1或0。通過各引腳的數(shù)字信號1或0的組合，實現(xiàn)硬件地址的多樣化，這樣CPU通過檢測各引腳的電平就能得到該插槽的地址。例如當(dāng)背板上有16個插槽時，可以在每個插槽上設(shè)置四個引腳，通過0/1編碼的方式，四位地址編碼從0000到1111，共有2的4次方即16個地址。但是當(dāng)插槽需要擴展到32個插槽時，就需要32個硬件地址，那么插槽上的引腳個數(shù)需要從4個增加到5個。在硬件電路設(shè)計中，就可能會因為CPU的I/O資源不夠，需重新進行選型，增加設(shè)計開發(fā)周期，增加硬件成本，從而不利于插槽的擴展。

1 設(shè)計內(nèi)容

為了方便插槽的擴展和合理使用CPU的IO資源，我們提出一種新的地址取址方法，且提出不同的電壓檔位，得到不同的電阻取值。其設(shè)計的主要步驟如下：

（1）硬件電路設(shè)計的基本原理（框圖如圖1所示）

圖1 電路原理示意圖

LDO電源轉(zhuǎn)換芯片REF196主要提供精準(zhǔn)的3.3V電壓，LDO的精度范圍-2mv～+2mv。REF196給AD轉(zhuǎn)換芯片AD7910獨立供電。AD7910采用10bit的采樣速率進行AD采集，共有1024檔位。AD7910通過SPI總線方式與ARM進行通信。

（2）將背板接口地址ADC_addr作為AD7910的輸入，采用分壓的方式取地址，原理圖如圖2所示。

插槽第一端電壓（即背板插槽分壓電壓）V_ADC與插槽電阻（即背板分壓電阻）Rn的關(guān)系如下所示：

其中n=1，2…m，m為插槽的個數(shù)，VCC為Vout_3.3V與GND電壓的差值。

取VCC=3.3V，R1=1K(精度為1%)，若電壓取0.1V/檔，可以擴展成33個插槽，0.15V/檔就是22個插槽，0.2V/檔就是16個插槽，同時能夠保證系統(tǒng)具有較高的測量精度。

（3）AD7910通過SPI總線方式與ARM進行通信，ARM掃描得到區(qū)間信息，分段區(qū)間與相應(yīng)插槽編號的對應(yīng)關(guān)系如下表1所示，AD7910采用10bit的采樣速率進行AD采集，共有1024檔位。AD采樣精度：3.3V÷1024≈3.3mV；本方案中取0.15V/檔，則分段區(qū)間為：0.15V÷3.3mV≈ 45.45mV。

將上述1024個檔位均勻分成22個檔位區(qū)間，去掉頭、尾各一個取中間的20個檔位區(qū)間，這20個檔位區(qū)間與插槽標(biāo)號1-20一一對應(yīng)。根據(jù)電壓和檔位的關(guān)系以及上述檔位區(qū)間，將采樣基準(zhǔn)電壓3.3V均勻分成20個電壓區(qū)間，所述的電壓和檔位的關(guān)系為電壓=（采樣基準(zhǔn)電壓/最大檔位）*檔位區(qū)間端點值，即電壓=（3.3V/1024）*檔位區(qū)間端點值，電壓區(qū)間如表1所示，所述20個電壓區(qū)間亦與插槽標(biāo)號1-20一一對應(yīng)。根據(jù)所述插槽電阻與第一端電壓V_ADC的對應(yīng)關(guān)系（即式2）和上述20個電壓區(qū)間得到20個電阻區(qū)間（請參照表1）。為所述插槽電阻取值時插槽編號為1的插槽電阻R1取對應(yīng)的第一電阻區(qū)間內(nèi)的值，依此類推，插槽編號為20的插槽電阻R20取對應(yīng)的第二十個電阻區(qū)間內(nèi)的值。為提高采樣可靠性，在電阻選取時，選擇AD分段區(qū)間中間值所對應(yīng)的電阻值，即電阻區(qū)間的中間值，亦即表1所示的標(biāo)稱電阻值，保證采樣具有最高的穩(wěn)定性及可靠性。在電路設(shè)計中，AD采樣的電壓值，除了電阻配比外，還由供電電壓的穩(wěn)定性決定，在本設(shè)計方案中，采用REF196的輸出電源為AD采樣的參考電壓，由REF196自身電氣特性決定，3.3V最大壓降為100mV，在設(shè)計分段區(qū)間是采用每46等份為一分段區(qū)間，對應(yīng)的電壓值為：46*3.3mV=151.8mV，對分段區(qū)間及AD采樣獲取的地址無影響，具有較高魯棒性。

表1 AD檔位、電壓、電阻分區(qū)示意圖

當(dāng)需要擴展插槽時，可根據(jù)需求設(shè)計新的配置方案，便于插槽擴展，系統(tǒng)升級。同時本文中的背板和取址方法具有高靈敏度、高精度、高可靠性。

2 結(jié)束語

隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件開發(fā)越來越重要，模塊化板卡越來越常見，這種用于插槽機箱的背板接口的地址映射而進行的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用廣泛，本文中提出的這種利于插槽擴展的硬件地址取址方法和裝置在硬件開發(fā)中節(jié)約成本且減少開發(fā)周期，將CPU的IO口資源占用及插槽擴展等問題進行了有效的解決。