作者/ 鲍长君 上海龙诚自动化体系有限公司(上海 200086)
鲍长君(1985-)，男，硕士，中级工程师，研讨方向：嵌入式体系。
摘要：本文规划了一种以FPGA为中心，根据AD5422完结多路高精度输出的PLC模仿量扩展单元模块。规划先对现有的计划进行了剖析和评论，之后对FPGA内部相关处理机制和完结计划做了翔实的论说，经过仿真和测验验证了规划的可行性。比较于传统的模仿量扩展单元模块，本体系具有处理速度快、便利、灵敏，电路精简，抗干扰能力强等长处。
1 体系总体规划
1.1 计划论说
工业自动化操控体系常常需求用到4~20mA 或许±5V等模仿量信号，用以操控变频器等需求模仿信号输入操控的设备，而模仿量扩展单元也是PLC产品重要的扩展单元之一。一个杰出的模仿量扩展单元产品的规划期望不只能够确保体系运转的可靠性，还期望体系规划能够十分精简，有满足的鲁棒和可扩展性，在成赋性、能等各方面组合成一个最优的成果。是PLC模仿量扩展单元产品规划一直追求和尽力的方向。
传统的模仿量输出扩展单元结构如图1，其作业原理是：1、FPGA将扩展通讯总线上的数据经过SPI通讯阻隔器进行电器阻隔，然后将数据交互给MCU;2、由MCU担任数据的转化和进行相关的装备作业，并经过MCU的SPI接口操控输出的DAC取得相应的模仿电压或许电流输出值。
不难看出，FPGA和MCU之间经过SPI通讯，MCU和DAC之间也经过SPI通讯，假如咱们能把MCU的作业都集成到FPGA内完结，那计划就能够省掉MCU，由FPGA直接操控DAC完结功用。可是在省掉MCU前要对现有计划做以下进一步的剖析。
1.2 完结多DAC的SPI接口级联办法
在运用传统MCU操控DAC的回路规划时，MCU有满足的IO口能够独自或许级联操控DAC芯片，可是假如换用FPGA来直接替换MCU操控，则会由于需求更多的数据阻隔通道使得物料成本上升，因而，若想FPGA直接操控DAC，则最好一切的DAC能进行级联规划，即经过一个SPI阻隔器和少量光耦完结悉数的通讯和操控功用。
参阅AD5422 芯片数据手册，实际上该芯片具有多片菊花链衔接办法，只需规划妥当，多个DAC就能够在同一个SPI接口上级联作业，图2是AD5422的原厂数据表关于菊花链衔接的结构图[1]。
1.3 每个DAC的硬件清零信号处理办法
应对开机复位或许某些紧急情况，DAC需求完结硬件清零作业。关于DAC硬件清零脚的规划，咱们能够用FPGA搁置的IO脚经过光耦阻隔后来操控它。当然若想每个DAC都能够独立完结清零的作业，则需求由软件通讯的办法操控相应的寄存器来完结软件清零。
1.4 MCU需求完结的使命内容
从PLC编程给模仿量输出扩展的数据以及相应的AD5422原厂数据表看， MCU需求在这个中间环节完结以下几个使命：
1)复位，撤销复位，清零，初始化DAC芯片;
2)拆分SPI数据，完结各DAC量程，输出使能等相关的装备作业;
3)完结数据转化：包含单极性和双极性数据转化，数据位数扩大，数据加偏移量等作业;
4)完结DAC状况相关回读作业，包含DAC电流输出断线报警，芯片过热等异常情况。
1.5 FPGA直接操控DAC的规划计划
归纳以上的规划剖析，咱们修改了全体硬件规划计划，由FPGA直接操控DAC的规划计划如图3所示。这样MCU要完结的作业就必须在FPGA内处理完结[2]。
2 FPGA内部详细规划完结的计划
2.1 FPGA的数据处理流程
