一种新型的地址总线取址方法

2021-02-28四创电子股份有限公司

电子世界 2021年22期

四创电子股份有限公司廖芹

本文提供了一种新型的地址总线取址方法，用于一些插槽机箱的背板接口的地址映射，便于数据通信。即通过SPI总线与CPU进行通信，IO资源占用少；通过分压取地址的方式，只需改变背板的分压电阻值，细分电压档位就可以扩展插槽；且取址方法精度高，任何一个功能模块插在这个插槽里面，通过AD采集，处理器即可通过SPI总线的通信方式得知功能模块的地址。

为了实现更多的功能，很多机箱的背板上设置有很多插槽即硬件接口，通过插槽与一些可插拔的功能模块进行连接实现某些特定的功能。为了便于与这些功能模块进行通信或者对这些功能模块进行监控，通常需要为各个插入插槽的功能模块分配唯一的地址。

目前，常采用如下方法进行硬件地址分配。在背板的插槽上设置多个用于分配硬件地址的引脚，各引脚的信号输出可以为1或0。通过各引脚的数字信号1或0的组合，实现硬件地址的多样化，这样CPU通过检测各引脚的电平就能得到该插槽的地址。例如当背板上有16个插槽时，可以在每个插槽上设置四个引脚，通过0/1编码的方式，四位地址编码从0000到1111，共有2的4次方即16个地址。但是当插槽需要扩展到32个插槽时，就需要32个硬件地址，那么插槽上的引脚个数需要从4个增加到5个。在硬件电路设计中，就可能会因为CPU的I/O资源不够，需重新进行选型，增加设计开发周期，增加硬件成本，从而不利于插槽的扩展。

1 设计内容

为了方便插槽的扩展和合理使用CPU的IO资源，我们提出一种新的地址取址方法，且提出不同的电压档位，得到不同的电阻取值。其设计的主要步骤如下：

（1）硬件电路设计的基本原理（框图如图1所示）

图1 电路原理示意图

LDO电源转换芯片REF196主要提供精准的3.3V电压，LDO的精度范围-2mv～+2mv。REF196给AD转换芯片AD7910独立供电。AD7910采用10bit的采样速率进行AD采集，共有1024档位。AD7910通过SPI总线方式与ARM进行通信。

（2）将背板接口地址ADC_addr作为AD7910的输入，采用分压的方式取地址，原理图如图2所示。

插槽第一端电压（即背板插槽分压电压）V_ADC与插槽电阻（即背板分压电阻）Rn的关系如下所示：

其中n=1，2…m，m为插槽的个数，VCC为Vout_3.3V与GND电压的差值。

取VCC=3.3V，R1=1K(精度为1%)，若电压取0.1V/档，可以扩展成33个插槽，0.15V/档就是22个插槽，0.2V/档就是16个插槽，同时能够保证系统具有较高的测量精度。

（3）AD7910通过SPI总线方式与ARM进行通信，ARM扫描得到区间信息，分段区间与相应插槽编号的对应关系如下表1所示，AD7910采用10bit的采样速率进行AD采集，共有1024档位。AD采样精度：3.3V÷1024≈3.3mV；本方案中取0.15V/档，则分段区间为：0.15V÷3.3mV≈ 45.45mV。

将上述1024个档位均匀分成22个档位区间，去掉头、尾各一个取中间的20个档位区间，这20个档位区间与插槽标号1-20一一对应。根据电压和档位的关系以及上述档位区间，将采样基准电压3.3V均匀分成20个电压区间，所述的电压和档位的关系为电压=（采样基准电压/最大档位）*档位区间端点值，即电压=（3.3V/1024）*档位区间端点值，电压区间如表1所示，所述20个电压区间亦与插槽标号1-20一一对应。根据所述插槽电阻与第一端电压V_ADC的对应关系（即式2）和上述20个电压区间得到20个电阻区间（请参照表1）。为所述插槽电阻取值时插槽编号为1的插槽电阻R1取对应的第一电阻区间内的值，依此类推，插槽编号为20的插槽电阻R20取对应的第二十个电阻区间内的值。为提高采样可靠性，在电阻选取时，选择AD分段区间中间值所对应的电阻值，即电阻区间的中间值，亦即表1所示的标称电阻值，保证采样具有最高的稳定性及可靠性。在电路设计中，AD采样的电压值，除了电阻配比外，还由供电电压的稳定性决定，在本设计方案中，采用REF196的输出电源为AD采样的参考电压，由REF196自身电气特性决定，3.3V最大压降为100mV，在设计分段区间是采用每46等份为一分段区间，对应的电压值为：46*3.3mV=151.8mV，对分段区间及AD采样获取的地址无影响，具有较高鲁棒性。