设计了一组基于CPLD的PLC背板总线协议接口芯片，协议芯片可以区分PLC的背板总线的周期性数据和非周期性数据。详细介绍了通过Verilog HDL语言设计状态机、协议帧控制器、FIFO控制器的过程，25MHz下背板总线工作稳定的试验结果验证了协议芯片设计的可行性。
在本文中，我们探讨了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的PLC（可编程逻辑控制器）背板总线协议接口芯片的设计方法。该设计旨在解决PLC主机与扩展模块之间高速数据通信的问题，特别是在需要快速处理周期性和非周期性数据的场景下。
PLC背板总线是系统内部数据传输的关键路径，它负责主机与扩展模块之间的I/O数据刷新。为了满足高速通信需求，通常需要专门设计的背板总线协议，而传统的串行通信技术如I2C、UART、SPI等由于速度限制无法胜任。因此，设计了一个支持类似于SPI通信协议的定制背板总线，该协议使用4条引线，包括时钟（SCLK）、片选（SSEL）、写数据（MISO）和读数据（MOSI）线，允许主机和从机同时进行数据传输。
协议芯片的核心设计包括状态机控制器、帧控制器、FIFO（先进先出）控制器等组件。状态机控制着整个通信过程，确保数据帧的正确发送和接收。帧控制器负责检测和解析协议帧，而FIFO控制器则管理数据的缓存和传输，以减少单片机的中断次数，提高数据处理效率。周期性数据可以直接覆盖，非周期性数据则单独存储并触发中断通知单片机处理。
为了实现这一设计，选择了Lattice公司的MachXO系列CPLD，因为它具有丰富的逻辑单元（LUT）、分布式SRAM以及专为FIFO设计的SRAM块，还支持时钟信号的灵活管理。设计过程中，使用Verilog HDL语言编写硬件程序，这是一种硬件描述语言，可以方便地进行层次化设计和时序建模。
通过Verilog HDL，设计了状态机模块，其根据预定义的状态转换图进行操作，确保通信流程的顺序和正确性。此外，还包括协议帧检测功能，用于检查数据帧的完整性和有效性。一旦接收到非周期性数据，协议芯片会生成中断信号，提示单片机及时处理。
在25MHz的背板总线工作频率下，进行了稳定性试验，结果表明该协议芯片设计能够成功区分周期性和非周期性数据，且通信性能稳定，验证了设计的可行性。这样的设计提升了PLC系统的扩展能力和数据处理速度，适应了工业环境中对高效自动化设备的需求。
