[发明专利]一种多通道同步串行通信电路及方法

说明书

本发明公开了一种多通道同步串行通信电路及方法，属于数字接口通信领域，包括主控FPGA以及模块1～模块n组成，其中模块1～模块n组成形式相同，主要由隔离电路和控制FPGA组成。本发明具有JTAG调试、JTAG程序下载、三线串行通信三种工作模式；三种工作模式，引线功能复用，且互不干扰；在主控FPGA中，采用独立的三线串行通信线和每个模块进行通信，以实现多通道控制；采用三线串行通信，可实现全双工数据传输，以提高传输效率；设置64个时钟周期作为1帧，并设置帧同步信号；设置格式指示位，以保证传输数据的完整性；主控FPGA和控制FPGA间的数据通信采用握手机制，以保证数据传输的正确性。

技术领域

本发明属于数字接口通信领域，具体涉及一种多通道同步串行通信电路及方法。

背景技术

在模块化仪器中，采用主机+模块的设计思想，主机和模块之间的数据通信，一般不采用并行通信，主要是因为并行通信需要引线较多，而当模块数目较多时，主机的数据通信引线个数则不够使用。因此，在模块化仪器中，一般都会选择串行通信方式，来完成主机和模块间的数据通信。

在串行通信方式中，常用的串行通信有：I²C、SPI、RS232等，其中，I²C总线只有两根引线，但是只能工作在单双工工作方式，效率较低；SPI总线，要实现全双工工作方式，需要四根引线；RS232总线的波特率一般在19200左右，速率较慢。因此，这几种串行总线很难满足在模块化仪器中，主机对多个模块的快速控制。

在模块化程控直流电源中，都会采用主机+模块的设计思想，一方面，主机独立对每个电源模块进行控制，可实现多通道程控直流电源；另外一方面，将多个电源模块进行并联或串联，通过主机对每个电源模块进行同步控制，以扩展电压、电流和功率输出范围，实现大功率程控直流电源。在模块化程控直流电源设计中，不管哪种工作方式，都需要主机实现对多个模块进行同时控制，并同步读取多个模块的测量数据，包括电压、电流、温度等，以用做电压回读、电流回读、过压检测、过流检测、过温检测等。在电源模块设计中，一般选择FPGA作为控制器，需要模块具备FPGA程序下载、JTAG调试等功能，方便模块FPGA程序升级和维修，可以将模块FPGA的程序放在主机中，这样还可以减少模块FPGA的配置芯片，减少产品成本，提高产品性价比。

因此，需要研究新的串行通信方式，要求数据传输速度更快；为提高数据传输效率，需要具备双全工工作方式；由于主机控制器的引脚资源有限，为了实现多模块控制，以及模块数目易于扩展，要求串行通信的引线要少；要求可通过串行通信线实现模块FPGA的程序下载功能。因此，需要研究新的多通道同步串行通信电路及实现方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种多通道同步串行通信电路及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多通道同步串行通信电路，包括主控FPGA以及模块1～模块n；

主控FPGA，被配置为用于通过三线串行通信1，实现和模块1数据通信；通过三线串行通信2，实现和模块2数据通信；通过三线串行通信n，实现和模块n数据通信；

模块1～模块n，组成形式相同，包括隔离电路和控制FPGA；

隔离电路，被配置为用于实现主控FPGA和控制FPGA间的电气隔离；

控制FPGA，被配置为用于通过隔离电路，实现和主控FPGA进行数据通信。

优选地，具有JTAG调试、JTAG程序下载、三线串行通信三种工作模式，且三种工作模式的引线功能复用，互不干扰；在JTAG调试工作模式下，能够实现JTAG仿真器对控制FPGA的在线调试功能；在JTAG程序下载工作模式下，能够实现主控FPGA对控制FPGA的程序下载功能；在三线串行通信工作模式下，能够实现主控FPGA和控制FPGA间的数据通信功能。