基于CPLD和MAX7000系列的數據采集系統簡(jiǎn)介

CPLD是復雜的PLD，專(zhuān)指那些集成規模大于1000門(mén)以上的可編程邏輯器件。它由與陣列、或陣列、輸入緩沖電路、輸出宏單元組成，具有門(mén)電路集成度高、可配置為多種輸入輸出形式、多時(shí)鐘驅動(dòng)、內含ROM或FLASH(部分支持在系統編程)、可加密、低電壓、低功耗以及支持混合編程技術(shù)等突出特點(diǎn)。而且CPLD的邏輯單元功能強大，一般的邏輯在單元內均可實(shí)現，因而其互連關(guān)系簡(jiǎn)單，電路的延時(shí)就是單元本身和集總總線(xiàn)的延時(shí)(通常在數納秒至十數納秒)，并且可以預測。所以CPLD比較適合于邏輯復雜、輸入變量多但對觸發(fā)器的需求量相對較少的邏輯型系統。

MAX7000系列產(chǎn)品與高速

2 MAX7000系列CPLD及其開(kāi)發(fā)平臺介紹

由于高速數據采集系統的特殊要求，在眾多的CPLD器件中，選擇了ALTERA公司的MAX系列器件。MAX系列的高性能和高密度是基于它先進(jìn)的MAX(Multiple Array Matrix--多重陣列矩陣)架構，因此為高速應用提供了非常高的性?xún)r(jià)比。MAX7000系列還提供了業(yè)界速度最快的可編程邏輯解決方案。它基于CMOS EEPROM工藝，傳播延遲最小為3.5ns，可以實(shí)現速度高于200MHz的計數器，并且為高密度的器件提供了非常寬的選擇余地，十分適合高速設計時(shí)應用。該公司的MAX+plusII軟件是一款易于使用的開(kāi)發(fā)工具，其界面友好，集成化程度高，兼容工業(yè)標準，支持FLEXMAXACEX 1K等系列產(chǎn)品。并且為大學(xué)提供了學(xué)生版軟件，在功能上與商業(yè)版類(lèi)似，僅在可使用的芯片上受限制。由于MAX7000系列的這些優(yōu)點(diǎn)，以下的設計都基于MAX7000系列產(chǎn)品。

3 CPLD在高速尋址中的應用

一般的數據采集均需由CPU將A/D轉換的結果讀入，然后再轉存到片外的存儲器中，這樣至少需要4個(gè)機器周期。如果按照一般一個(gè)機器周期為1μs，那么最高采樣率只能達到250kHz，絕難滿(mǎn)足高速采樣的需要。在本系統中，直接將采樣數據存到高速緩沖RAM中，而存儲器尋址則采用ALTERA公司的EPM7032LC44-6構成的地址發(fā)生器來(lái)完成。寫(xiě)信號可采用A/D轉換的時(shí)鐘信號，但需經(jīng)過(guò)一系列分頻及邏輯組合，也可另由電路產(chǎn)生或放在地址發(fā)生器中。EPM7032LC44-6構成地址發(fā)生器的基本原理是采用5片級聯(lián)的74161組成20位的同步計數器，第20位接在高速緩沖RAM的片選線(xiàn)上，用來(lái)切換緩沖存儲器組。用CPU2的P1.7控制計數允許端，異步清零，則20位地址線(xiàn)輸出保持同步。其具體的實(shí)現可以采用圖形編輯輸入或者文本編輯輸入的方法。下面給出其VHDL語(yǔ)言程序。

其仿真結果如圖2所示。

4 CPLD構成數據總線(xiàn)控制器

在這個(gè)高速數據采集系統中，為了提高數據傳輸和尋址的速度，在正常采樣期間，其數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)并不需要CPU控制，數據存儲是由系統硬件自動(dòng)完成的。但當CPU2監測到輸入模擬量的突變時(shí)，再經(jīng)過(guò)預定的一段持續采樣時(shí)間后，就會(huì )發(fā)出控制信息給地址發(fā)生器和數據總線(xiàn)控制器，停止繼續存儲采樣數據和自動(dòng)產(chǎn)生地址，而由CPU2取得總線(xiàn)的控制權，對處在高速緩沖RAM中的故障前后數據進(jìn)行操作。為避免總線(xiàn)沖突，就需要一塊數據總線(xiàn)的控制器處理好系統總線(xiàn)和局部總線(xiàn)的關(guān)系。

EPM7064可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。在EPM7064的內部，用三態(tài)門(mén)將CPU2的讀寫(xiě)控制線(xiàn)、8根數據總線(xiàn)以及AD9225的12根數據線(xiàn)及一根溢出線(xiàn)與控制高速緩沖RAM的讀寫(xiě)控制線(xiàn)和數據線(xiàn)隔離開(kāi)來(lái)，由CPU2的P1.7作為CPU2或高速A/D控制總線(xiàn)的控制信號線(xiàn)，這樣就能方便地實(shí)現緩沖RAM數據線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制權的切換?？紤]篇幅，不再詳細給出實(shí)現程序。地址總線(xiàn)控制邏輯實(shí)現方法類(lèi)似，不再介紹。