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1、第27卷第2期苏 州 大 学 学 报(工 科 版)Vol. 27 No. 2 2007年4月JOURNAL OF SUZHOU UNIVERSITY( ENGINEERINGSCIENCE EDITION)Apr. 2007 文章编号:1673 - 047X(2007)02 - 0026 - 03 CPLD在多通道温度测量中的应用 曲 波,吕建平 (苏州大学电子信息学院,江苏 苏州215021) 摘 要:提出了一种采用CPLD(Complex programmable logic device ,复杂的可编程逻辑器件)和AD 转换器件ADC0809构成的多通道温度测量的实现方法。设计了以Lat
2、tice公司的ispLSI1032E2 70LJ84芯片为核心的采样控制器。由于采用了CPLD的逻辑功能配置,使整个系统硬件电路简 单,性能稳定,适合于环境较恶劣的温度测量和控制场合。 关键词:CPLD;AD转换器;温度测量;控制 中图分类号:TN431. 2 文献标识码:A 0 引言 在许多工业现场,都需要对一点或多点的温度进行检测和控制。基于单片机的温度检测和控制系统目 前得到了广泛的应用。尽管基于单片机的控制系统结构简单、 成本低、 控制灵活,但在某些特定的场合,如干 扰强、 尘埃大的场合,单片机系统由于易受外部环境的干扰,其应用受到了约束。而基于EDA技术和VHDL 语言,以CPLD为
3、核心的控制系统,由于设计上采用的是EDA技术,设计的核心是CPLD的开发,最终完成 的是硬件功能芯片的制作,故系统的整体性和可靠性大大提高,抗干扰能力大大加强。目前基于FPGA/ CPLD芯片开发的设计方法正得到了越来越多的应用,本系统就是基于Lattice公司的CPLD芯片 ispLSI1032E - 70LJ84为核心进行设计的。 1 系统的硬件结构及工作原理 系统的原理框图如图1所示。采用一片CPLD作为逻辑控制单元。CPLD负责通道的巡回、 工作时钟 图1 系统原理框图 的产生、ADC0809的数据采集以及将 转换结果锁存、 译码、 输出显示。A/ D 转换器采用的是ADC0809 ,
4、这是8位 逐次逼近型A/ D转换器。这种类型 的A/ D转换器除了速度快、 分辨率高 外,还有价格便宜的优点,被广泛地应 用于微电脑的接口设计上。它有8个 模拟量输入通道IN 0. . . 7 ,芯片内 带通道地址译码锁存器,输出带三态 数据锁存器,启动信号为脉冲启动方 式,每一通道的转换大约100s。 收稿日期:2006 - 10 - 11 作者简介:曲 波(1963 - ) ,女,副教授,主要研究方向为信号检测与智能控制。 ADC0809通过ALE、START、EOC、OE、D0. . . 7、ADD-CBA、CLOCK信号和CPLD相连。其中: ALE:通道地址锁存允许控制端,电平上升沿
5、有效;它有效时,C、B、A的通道地址值才能进入通道地址 锁存器,ALE下降为低电平(无效)时,锁存器将进入的通道地址锁存。 ADD-CBA :8路模拟输入信号的地址选择输入端。 START:启动A/ D转换控制引脚,电平下降沿有效,即下降沿启动A/ D转换。 D0. . . 7 :AD转换数据输出。 OE:数据输出使能控制端,高电平有效。有效时,数据输出三态门被打开,转换好的数字量被送到D 0. . . 7引脚上;无效时,D0. . . 7脚浮空。 EOC:ADC转换结束状态信号,低电平指示正在转换,持续时间为A/ D转换时间,由低电平转为高电平 时指示转换结束。此信号可供CPLD查询。 CL
6、 K:工作时钟输入引脚,时钟频率范围10kHz1280kHz ,本系统设置为500kHz。 图2 ADC0809工作时序图 ADC0809工作时序如图2所示。 温度传感器采用热电阻Pt100 ,经 过惠斯登电桥处理后转换为电压信 号,再经放大处理,使之满足AD转换 的要求。 2 系统的模块设计 由图1可以看出,CPLD主要由采 样控制模块、 时钟发生模块、 锁存译码 显示模块等构成。 2. 1 AD采样控制模块 根据图2所示AD工作时序图,将采样控制过程分成了8个状态: 初始状态:AD0809采样控制信号初 始化,各采样控制状态信号置零。 地址锁存状态:由ALE的上升沿将AD0809的8路采样
7、输入通道的地 址锁入AD0809的地址锁存器中。 启动采样状态:将AD0809的启动转换信号START开启。 转换延时 状态:检测转换结束状态信号EOC信号。 转换结束状态:将启动转换信号START关闭,检测转换结束状 态信号EOC ,当它由低电平变成高电平时即表示转换已经结束,可以将转换结果输出了。因此,这个状态与 上个状态一样是看EOC信号是否有变化,若是有变化,则转到下个状态,若是没有变化,则将一直在这个状 态中循环,直到EOC信号有变化为止。 输出允许状态:此状态将输出允许信号OE开启。 输出锁存状 态:开启数据锁存信号D-Lock。这样就可以用另一个进程来检测数据锁存信号D-Lock
8、的上升沿,在它的 上升沿到来时,将转换好的数据锁存,以便得到稳定的显示。 最后一个状态,它的作用是延时一个时钟周 期,这样做是让转换后的数据能很好地被锁存起来,并让一切准备就绪,以便转换下一个数据。 根据以上工作状态,使用VHDL语言编写了采样控制模块的程序,并进行了仿真,仿真结果如图3所 示。从仿真图中可以看出,符合我们的设计要求。 2. 2 时钟发生模块 本系统所用的是一个4MHz的晶振,因AD0809的工作频率是500kHz ,另外,在LED动态显示时需要 一个125Hz的扫描信号,所以需要将4MHz信号分频,产生500kHz和125Hz信号。VHDL分频程序如下: PROCESS(CL
9、 K) Begin IF CL KEvent AND CL K=1then Q = Q + 1 ; END IF; CP = Q(14) ; - -扫描信号 72第27卷 曲 波,吕建平:CPLD在多通道温度测量中的应用 图3 信号仿真结果 ADCP = Q(2) ; - -采样频率 END PROCESS; 2. 3 译码显示模块 译码显示模块主要实现的功能是将AD采样的8位二进制数据转换为相应的BCD码,经过译码器译码 后在LED上显示相应数据。具体的VHDL程序可通过CASE语句进行查表来实现。限于篇幅关系,VHDL 程序省略。本系统选用了四个共阳极LED显示器,其中三个用来显示采样的数
10、据,一个用来显示采样的通 道。 3 结束语 本系统是基于Lattice公司的CPLD芯片ispLSI1032E270LJ84设计的多通道温度测量系统。使用的 EDA工具软件是ispEXPERT ,利用它进行了VHDL设计输入、 综合、 适配、 仿真和在系统下载。由于所有程 序集中于一片CPLD内,使整个系统结构简单,性能稳定,并且具有良好的灵活性和可扩充性,适用于一些特 殊的温度测量和控制场合。 参 考 文 献 1 潘 松,王国栋. VHDL实用教程M.成都:电子科技大学出版社,2000. 2 曲 波,肖圣兵,吕建平.工业常用传感器选型指南M.北京:清华大学出版社,2002. Multi2Ch
11、annel Temperature Inspection System with CPLD QU Bo ,LV Jianping ( Coellege of Electrical and information Engineering , Suzhou University , Suzhou215021, China) Abstract : This paper introduces a method for multi2channel temperature inspection with CPLD and ADC0809 and its realization. The kernel part of the system is ispLSI1032E270LJ84 ,a sample controller chip made by Lat2 tice Company. With the advantage of CPLD logic settings ,the system is simple and stable ,which is suitable to a bad environment using. Key words : CPLD;ADC;temperature inspection ;controlling 82苏州大学学报(工科版) 第2期