無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一,。在分布式測試中使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò),，不受通信電纜的限制、組態(tài)靈活,、重構(gòu)性強,，可以在較惡劣的測試環(huán)境中使用。由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的分布式測試系統(tǒng)已應用于水中爆炸測試系統(tǒng),。在一些分布場測試系統(tǒng)中,，被測量種類繁雜，為完成測試任務,，節(jié)點采用模塊化設(shè)計,，SPI接口電路簡單、傳輸速度快,，各模塊通過SPI總線通信協(xié)同完成測試任務,。但在實際開發(fā)應用中，由于系統(tǒng)要求,，使某些模塊與多個模塊鏈接,，且接口工作在不同的模式下，如果完成通信需要功能模塊的SPI接口主從切換,，致使通信速度與靈活性降低,。CPLD具有可編程性特點，可根據(jù)需要擴展專用SPI接口電路,，提高系統(tǒng)通信速度與靈活性,，方便系統(tǒng)擴展功能模塊，提高系統(tǒng)整體性能。
1 節(jié)點的模塊化設(shè)計及其接口電路
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用模塊化的設(shè)計方法,，每個節(jié)點包括無線收發(fā)模塊,、核心主控模塊和功能模塊。系統(tǒng)通過無線收發(fā)模塊接收主站發(fā)送的命令碼,，核心主控模塊對命令解碼,，完成對各功能模塊的控制(開啟采集、時統(tǒng)清零等),。系統(tǒng)要完成多次重復性試驗,，因此每次試驗完畢要把實驗數(shù)據(jù)(沖擊波數(shù)據(jù)、環(huán)境變量信息,、時統(tǒng)跟定位信息等)存儲到數(shù)據(jù)存儲管理模塊統(tǒng)一管理,，同時準備下次試驗。系統(tǒng)工作時,，數(shù)據(jù)儲存管理模塊SPI接口一方面工作在從模式,，接收主控模塊發(fā)送的命令;另一方面工作在主模式，轉(zhuǎn)發(fā)控制其他功能模塊的命令碼并讀取試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理,，圖1為在其內(nèi)擴展專用工作在主模式下的SPI接口的模塊問鏈接圖,。專用工作在主模式下的SPI接口電路，具有提高模塊間數(shù)據(jù)傳輸速度與靈活性等特點,。
2 SPI接口電路設(shè)計
數(shù)據(jù)存儲管理系統(tǒng)以單片機和可編程邏輯器件組成核心控制器,。可編程邏輯器件CPLD依據(jù)其編程靈活,、易修改的特點,，配合單片機在其內(nèi)部擴展SPI接口電路，不僅簡化了接口和控制,，且提高了系統(tǒng)的整體性能及系統(tǒng)擴展性,。
SPI接口電路設(shè)計分兩部分：
(1)硬件部分：CPLD內(nèi)擴展SPI接口框圖如圖2。在CPLD內(nèi)部編寫雙向IO總線,、地址鎖存譯碼電路,、時鐘發(fā)生器,、接收和發(fā)送數(shù)據(jù)移位寄存器,、傳輸結(jié)束標志SPIF產(chǎn)生器等電路完成SPI接口電路設(shè)計。READY1為與從機(沖擊波模塊等)通信時狀態(tài)標志位,，用于當主機與從機通信時查詢使用,，READY1為1時，可讀取沖擊波數(shù)據(jù),。
當單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時,，IO總線首先發(fā)送地址碼，地址鎖存譯碼電路生成數(shù)據(jù)裝載使能片選信號，之后IO總線待發(fā)送字節(jié)鎖存到數(shù)據(jù)寄存器SPDR,，同時Sek時鐘發(fā)生器產(chǎn)生8個Sek時鐘,，SPDR移位寄存器在Sek的時鐘沿把待發(fā)送字節(jié)從MOSI順序移出，同時把MISO引腳數(shù)據(jù)移入SPDR寄存器,，Sek計數(shù)器計數(shù)到8個Sek時鐘后,，產(chǎn)生SPIF傳輸結(jié)束標志，單片機讀取SPIF標志是否為1,，判斷一字節(jié)時候傳輸完畢,。
(2)軟件部分：單片機為主控制器，首先查詢從機狀態(tài)標志位READY是否為1,，判斷是否可以與從機通信,。從機準備就緒時，單片機可裝載1字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù),，啟動CPLD內(nèi)部SPI接口電路,，查詢并等待SPI傳輸結(jié)束標志位SPIF為1，完成一字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸,，如此重復,。圖3、圖4為主機發(fā)送與接收1字節(jié)流程圖,。
3 試驗結(jié)果與分析
圖5為邏輯分析儀捕獲CPLD擴展SPI接口電路讀取沖擊波模塊數(shù)據(jù)時波形,。
bit8：READY信號，從機高電平時主機讀取數(shù)據(jù);bit9：Sck時鐘信號,，主機查詢READY為高時裝載發(fā)送字節(jié),，并產(chǎn)生8個Sek時鐘，啟動SPI傳輸;bit10：MOSI,，主機輸出端口;bit11：MISO,，主機輸入端口，Sek上升沿讀取數(shù)據(jù),，連續(xù)兩個周期讀取的數(shù)據(jù)分別為0x07(000001 11),，0Xb0(10110000)，兩周期時間間隔為20.400us,，傳輸速度可達4×105bps,，滿足系統(tǒng)要求。
結(jié)束語
為了滿足系統(tǒng)測試任務,，無線傳感器節(jié)點采用模塊化設(shè)計,，各功能模塊通過SPI接口鏈接。由于系統(tǒng)功能要求,，使一個模塊與多個模塊鏈接通信,，其接口電路SPI工作在不同的主從機模式，使用單一SPI接口主從切換，勢必降低模塊間通信速度與靈活性,。依據(jù)可編程邏輯器件CPLD有其編程靈活,、易擴展性，在模塊內(nèi)部擴展專用SPI接口,，試驗證明SPI接口電路設(shè)計,，有簡化模塊間連接、提高通信速度,、系統(tǒng)擴展性強,，以及提高系統(tǒng)整體性能的特點。