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(yīng)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(wù),，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(wù)。但在實際開發(fā)應(yīng)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(fù)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,?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD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(fù)。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(wù),，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,。