基于FPGA與AD5422的PLC模擬量擴展單元的設計

鮑長君

摘要：本文設計了一種以FPGA為核心，基于AD5422實現(xiàn)多路高精度輸出的PLC模擬量擴展單元模塊。設計先對現(xiàn)有的方案進行了分析和討論，之后對FPGA內(nèi)部相關處理機制和實現(xiàn)方案做了詳盡的論述，經(jīng)過仿真和測試驗證了設計的可行性。相比于傳統(tǒng)的模擬量擴展單元模塊，本系統(tǒng)具有處理速度快、方便、靈活，電路精簡，抗干擾能力強等優(yōu)點。

關鍵詞：FPGA；AD5422； 串行外設接口

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2017.8.014

1 系統(tǒng)總體設計

1.1方案論述

工業(yè)自動化控制系統(tǒng)經(jīng)常需要用到4-20mA或者±5V等模擬量信號，用以控制變頻器等需要模擬信號輸入控制的設備，而模擬量擴展單元也是PLC產(chǎn)品重要的擴展單元之一。一個良好的模擬量擴展單元產(chǎn)品的設計希望不僅能夠保證系統(tǒng)運行的可靠性，還希望系統(tǒng)設計能夠非常精簡，有足夠的魯棒和可擴展性，在成本性、能等各方面組合成一個最優(yōu)的結果。是PLC模擬量擴展單元產(chǎn)品設計一直追求和努力的方向。

傳統(tǒng)的模擬量輸出擴展單元結構如圖1，其工作原理是：1、FPGA將擴展通信總線上的數(shù)據(jù)通過SPI通信隔離器進行電器隔離，然后將數(shù)據(jù)交互給MCU；2、由MCU負責數(shù)據(jù)的轉換和進行相關的配置工作，并通過MCU的SPI接口控制輸出的DAC獲得相應的模擬電壓或者電流輸出值。

不難看出，F(xiàn)PGA和MCU之間通過SPI通信，MCU和DAC之間也通過SPI通信，如果我們能把MCU的工作都集成到FPGA內(nèi)完成，那方案就可以省略MCU，由FPGA直接控制DAC實現(xiàn)功能。但是在省略MCU前要對現(xiàn)有方案做以下進一步的分析。

1.2 實現(xiàn)多DAC的SPI接口級聯(lián)方式

在……