CN107577630A - 一种扩展模块自动寻址*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扩展模块自动寻址***，包括：主控制器和多个扩展模块连接，相邻两个扩展模块之间通过级联线首尾串行连接，形成通信总线。本发明的有益效果是：可以简单、快速地实现通信地址自动寻址，实现扩展模块的个数检测和故障的快速自动定位。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理领域，特别涉及一种扩展模块自动寻址***。
背景技术
现有技术中，在设计各种信息采集***时，通常按照传感器的信号特点进行功能划分，不同类型传感器设计成不同的扩展模块。扩展模块数量的不断增多，主控制器如何高效的对多个扩展模块进行寻址通信，扩展模块故障时更替以及故障模块的定位，成为了急需要解决的问题。通常的解决方案有以下几种：
1.主控制器与扩展模块采用并连的方式挂接在***通信总线上，扩展模块设置拨码开关类的电路。每个扩展模块指定一个地址，并对扩展模块上的拨码开之类的电路进行单独配置。此种方法简单直接，但需要事先确认好每个模块的安装卡位，并记录拨码开关的状态，在扩展模块上做好标记，这样对技术人员要求较高，如需更替操作则要重新进行扩展模块的硬件配置。
2.主控制器与扩展模块采用并连的方式挂接在***通信总线上。通过软件的方法设定每个模块的地址，利用软件进行地址分配，并记录在扩展模块的存储器中，扩展模块上电自动加载，此种方案虽然通过软件和硬件的特性例如利用唯一序列号，进行编码，但是当扩展模块损坏或进行更换时，必需进行软件的再次地址修改和确认，给操作和管理增加了难度，而且无法直接发现出现故障的模块。
3.主控制器与扩展模块通过一个底板的方法进行连接，在底板上设计电路，进行地址寻址。此方案是固定寻址，扩展模块安装位固定，但是无法发现故障模块，另外底板连接方案增加了成本和故障率。
发明内容
本发明提供了一种扩展模块自动寻址***，解决了现有技术的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种扩展模块自动寻址***，包括：主控制器和多个扩展模块连接，相邻两个所述扩展模块之间通过级联线首尾串行连接，形成通信总线；
所述主控制器，用于根据预设分配规则给每个所述扩展模块分配接收地址和输出地址，将编码后的片选信号接入所述通信总线，并向所述主控制器的输出地址指向的扩展模块发送控制信号和编码后的地址信号，还用于接收所述通信总线上的应答信号；
每个所述扩展模块，用于实时采集所述通信总线上的片选信号，和所述主控制器发送的或前一个扩展模块发送的所述控制信号和所述地址信号，并对所述片选信号和所述地址信号进行处理，根据处理结果确定是否生成应答信号并将所述应答信号接入所述通信总线，以及是否将所述控制信号发送至下一个扩展模块。
本发明的有益效果是：扩展模块之间采用级联线进行连接，大大降低了***成本和故障；扩展模块地址只与所在位置相关，可以任意更换模块，而无需重新设定模块地址，为维护人员带来方便；扩展模块地址通电后自动分配，地址锁定后，主控制器可以动态检测扩展模块个数，可以动态了解模块的性能和状态；可以简单、快速地实现通信地址自动寻址，实现扩展模块的个数检测和故障的快速自动定位。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述片选编码单元具体用于将所述片选信号并行接入所述通信总线；所述地址发送单元还用于将所述地址信号串行接入所述通信总线；所述第一通信控制单元还用于将所述控制信号串行接入所述通信总线。
优选地，所述第二通信控制单元具体用于将所述应答信号并行接入所述通信总线。
上述技术方案的有益效果是：当其中一个扩展模块出现故障后，由于无法与后面模块进行通信，主控制器根据扩展模块的应答信号可以确定故障的位置。通信总线采用并行机制结合串行机制，控制产生片选信号，充分利用串行和并行通信的特点，可以更快进行扩展模块与主控制器之间的通信，提高通信效率。
优选地，所述主控制器包括：
地址分配单元，用于根据预设分配规则给每个所述扩展模块分配接收地址和输出地址；
片选编码单元，用于将编码后的片选信号接入所述通信总线；
地址发送单元，用于向所述主控制器的输出地址指向的扩展模块发送编码后的地址信号；
第一通信控制单元，用于向所述主控制器的输出地址指向的扩展模块发送控制信号，还用于接收所述通信总线上的应答信号；
每个所述扩展模块包括：
片选采集单元，用于实时采集所述通信总线上的片选信号，并对所述片选信号进行解码；
地址采集单元，用于实时采集所述主控制器发送的或前一个扩展模块发送的地址信号，并对所述地址信号进行解码和锁存，锁存地址为当前扩展模块的接收地址；
地址比较单元，用于判断所述锁存地址的值与对所述片选信号进行解码后得到的值是否相同，得到判断结果；
第二通信控制单元，用于实时采集所述主控制器发送的或前一个扩展模块发送的所述控制信号，并在所述判断结果为相同时，将所述控制信号发送至下一个扩展模块，并生成应答信号，将所述应答信号接入所述通信总线，生成用于通知当前扩展模块自身正在被主机操作的片选信号；
地址运算单元，用于对解码后的所述地址信号进行数学运算；
地址驱动单元，用于对数学运算后的所述地址信号进行编码，并将编码后的所述地址信号发送至下一个扩展模块。
优选地，所述预设分配规则为：每个所述扩展模块的接收地址依次自增，其中，第一个扩展模块的输出地址等于第二个扩展模块的接收地址，依次类推，倒数第二个扩展模块的输出地址等于最后一个扩展模块的接收地址。
优选地，所述地址运算单元具体用于：
当确定所述主控制器的输出地址等于所述第一个扩展模块的接收地址时，对解码后的所述地址信号进行自增数学运算；
当确定所述主控制器的输出地址等于所述最后一个扩展模块的接收地址时，对解码后的所述地址信号进行自减数学运算。
优选地，所述主控制器通过3-8线编码器进行编码操作。
优选地，所述扩展模块通过3-8线编码器进行编解码操作。
优选地，所述多个扩展模块的数量不超过8个。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种扩展模块自动寻址***的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种扩展模块自动寻址***的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种扩展模块自动寻址***的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种扩展模块自动寻址***，包括：主控制器10和多个扩展模块20，相邻两个扩展模块20之间通过级联线首尾串行连接，形成通信总线；
主控制器10，用于根据预设分配规则给每个扩展模块20分配接收地址和输出地址，将编码后的片选信号接入通信总线，并向主控制器10的输出地址指向的扩展模块20发送控制信号和编码后的地址信号，还用于接收通信总线上的应答信号；
每个扩展模块20，用于实时采集通信总线上的片选信号，和主控制器10发送的或前一个扩展模块20发送的控制信号和地址信号，并对片选信号和地址信号进行处理，根据处理结果确定是否生成应答信号并将应答信号接入通信总线，以及是否将控制信号发送至下一个扩展模块20。
如图2所示，主控制器10包括：
地址分配单元101，用于根据预设分配规则给每个扩展模块分配接收地址和输出地址；
片选编码单元102，用于将编码后的片选信号接入通信总线；
地址发送单元103，用于向主控制器的输出地址指向的扩展模块发送编码后的地址信号；
第一通信控制单元104，用于向主控制器的输出地址指向的扩展模块发送控制信号，还用于接收通信总线上的应答信号；
每个扩展模块20包括：
片选采集单元201，用于实时采集通信总线上的片选信号，并对片选信号进行解码；
地址采集单元202，用于实时采集主控制器发送的或前一个扩展模块发送的地址信号，并对地址信号进行解码和锁存，锁存地址为当前扩展模块的接收地址；
地址比较单元203，用于判断锁存地址的值与对片选信号进行解码后得到的值是否相同，得到判断结果；
第二通信控制单元204，用于实时采集主控制器发送的或前一个扩展模块发送的控制信号，并在判断结果为相同时，将控制信号发送至下一个扩展模块，并生成应答信号，将应答信号接入通信总线，生成用于通知当前扩展模块自身正在被主机操作的片选信号；
地址运算单元205，用于对解码后的地址信号进行数学运算；
地址驱动单元206，用于对数学运算后的地址信号进行编码，并将编码后的地址信号发送至下一个扩展模块。
如图3所示，通常将第一个扩展模块的地址指定为0，后续扩展模块按照顺序，依次编为1,2，...，6,7。主控制器的输出地址通常为0，或固定为0，主控制器的首发地址是由硬件决定的，如果主控制器的地址接口全接高电平，则主控制器的输出地址为7，如果全接低电平，则主控制器的输出地址为0。第一个扩展模块的接收地址为0，输出地址为1，第二个扩展模块接收地址为1，输出地址为2，依次类推，最后一个扩展模块接收地址为7，输出为8。扩展模块的地址通电后自动分配，地址锁定后，主控制器可以动态检测扩展模块个数，可以动态了解模块的性能和状态。
统一定义的接口至少包括3个片选信号CS，3个地址信号，两路控制信号CTL和ACK，和串行通信常规信号，例如SIP接口的MISO，MOSI，SCK等信号，通信电平为TTL电平或差分电平。
片选信号CS采用并行的方式接入通信总线，地址信号采用串行的方式接入通信总线，控制信号CTL采用串行的方式接入通信总线，应答信号ACK采用并行的方式接入通信总线。当其中一个扩展模块出现故障后，由于无法与后面模块进行通信，主控制器根据扩展模块的应答信号可以确定故障的位置。通信总线采用并行机制结合串行机制，控制产生片选信号，充分利用串行和并行通信的特点，可以更快进行扩展模块与主控制器之间的通信，提高通信效率。
主控制器和每个扩展模块均由以下4个大部分组成，它们一一对应。片选编码单元由3根片选控制线组成，经3-8线编码器，可以产生8种状态。地址发送单元由3根地址控制线组成，经3-8线编码器，可以产生8种地址。通信控制单元由控制信号CTL和应答信号ACK组成，当片选编码单元和地址发送单元准备好后，产生控制信号CTL，当扩展模块接收相应信号并处理完成时产生应答信号ACK。串行通信单元通常根据通用的硬件通信协议来选择，例如SIP，8080总线等。
通信总线上的扩展模块实时对片选信号进行译码操作，并对译码结果与锁存的地址进行对比，如果相同，说明主控制器正在对本扩展模块进行寻址，则扩展模块产生ACK应答信号，并对扩展模块本身产生一个信号，提示扩展模块正在被选中等待操作。主控制器采集到ACK信号后，可以确认当前寻址的扩展模块存在并工作正常，主控制器保持以上寻址相关的各种信号不变，就可以对该扩展模块进行正常的通信操作了，例如SPI通信。
具体地，地址运算单元具体用于：
当确定主控制器的输出地址等于第一个扩展模块的接收地址时，对解码后的地址信号进行自增数学运算；
当确定主控制器的输出地址等于最后一个扩展模块的接收地址时，对解码后的地址信号进行自减数学运算。
如果主控制器的地址接口全接高电平，则主控制器的输出地址为7，如果全接低电平，则主控制器的输出地址为0。
当主控制器的输出地址为0时，对解码后的地址信号进行自增，编码后输出至该扩展模块的下一个扩展模块，如果该扩展模块的输出地址为1，则将解码后的地址信号输出给接收地址为1的扩展模块。
当主控制器的输出地址为7时，对解码后的地址信号进行自减，编码后输出至该扩展模块的下一个扩展模块，如果该扩展模块的输出地址为6，则将解码后的地址信号输出给接收地址为6的扩展模块。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，包括：主控制器和多个扩展模块连接，相邻两个所述扩展模块之间通过级联线首尾串行连接，形成通信总线；
所述主控制器，用于根据预设分配规则给每个所述扩展模块分配接收地址和输出地址，将编码后的片选信号接入所述通信总线，并向所述主控制器的输出地址指向的扩展模块发送控制信号和编码后的地址信号，还用于接收所述通信总线上的应答信号；
每个所述扩展模块，用于实时采集所述通信总线上的片选信号，和所述主控制器发送的或前一个扩展模块发送的所述控制信号和所述地址信号，并对所述片选信号和所述地址信号进行处理，根据处理结果确定是否生成应答信号并将所述应答信号接入所述通信总线，以及是否将所述控制信号发送至下一个扩展模块。
2.根据权利要求1所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，
所述主控制器包括：
地址分配单元，用于根据预设分配规则给每个所述扩展模块分配接收地址和输出地址；
片选编码单元，用于将编码后的片选信号接入所述通信总线；
地址发送单元，用于向所述主控制器的输出地址指向的扩展模块发送编码后的地址信号；
第一通信控制单元，用于向所述主控制器的输出地址指向的扩展模块发送控制信号，还用于接收所述通信总线上的应答信号；
每个所述扩展模块包括：
片选采集单元，用于实时采集所述通信总线上的片选信号，并对所述片选信号进行解码；
地址采集单元，用于实时采集所述主控制器发送的或前一个扩展模块发送的地址信号，并对所述地址信号进行解码和锁存，锁存地址为当前扩展模块的接收地址；
地址比较单元，用于判断所述锁存地址的值与对所述片选信号进行解码后得到的值是否相同，得到判断结果；
第二通信控制单元，用于实时采集所述主控制器发送的或前一个扩展模块发送的所述控制信号，并在所述判断结果为相同时，将所述控制信号发送至下一个扩展模块，并生成应答信号，将所述应答信号接入所述通信总线，生成用于通知当前扩展模块自身正在被主机操作的片选信号；
地址运算单元，用于对解码后的所述地址信号进行数学运算；
地址驱动单元，用于对数学运算后的所述地址信号进行编码，并将编码后的所述地址信号发送至下一个扩展模块。
3.根据权利要求2所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述片选编码单元具体用于将所述片选信号并行接入所述通信总线；所述地址发送单元还用于将所述地址信号串行接入所述通信总线；所述第一通信控制单元还用于将所述控制信号串行接入所述通信总线。
4.根据权利要求2所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述第二通信控制单元具体用于将所述应答信号并行接入所述通信总线。
5.根据权利要求2所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述预设分配规则为：每个所述扩展模块的接收地址依次自增，其中，第一个扩展模块的输出地址等于第二个扩展模块的接收地址，依次类推，倒数第二个扩展模块的输出地址等于最后一个扩展模块的接收地址。
6.根据权利要求2所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述地址运算单元具体用于：
当确定所述主控制器的输出地址等于所述第一个扩展模块的接收地址时，对解码后的所述地址信号进行自增数学运算；
当确定所述主控制器的输出地址等于所述最后一个扩展模块的接收地址时，对解码后的所述地址信号进行自减数学运算。
7.根据权利要求2-6任一项所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述主控制器通过3-8线编码器进行编码操作。
8.根据权利要求2-6任一项所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述扩展模块通过3-8线编码器进行编解码操作。
9.根据权利要求2-6任一项所述的一种扩展模块自动寻址***，其特征在于，所述多个扩展模块的数量不超过8个。
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