CPLD器件在單片機控制器中的使用

開(kāi)關(guān)型接口

CPLD器件與外部設備的開(kāi)關(guān)型的輸入/輸出端，可按圖2所示方式連接，構成類(lèi)似于PLC可編程控制器的開(kāi)關(guān)型接口。有些設計者在a點(diǎn)處插入了整形電路，其實(shí)，當CPLD器件與單片機結合時(shí)，可借助濾波軟件，消除抖動(dòng)的影響，使得線(xiàn)路簡(jiǎn)潔。經(jīng)實(shí)際使用，效果很好。

圖2　開(kāi)關(guān)型輸入/輸出接口

在高速采樣或利用脈沖信號的競爭現象而工作的場(chǎng)合，CPLD器件比單片機更具有優(yōu)越性。例如，某型號分條整經(jīng)機，紗籠直徑650～1000mm，需要判別轉向。紗籠高速運轉時(shí)，A，B二路信號的時(shí)間差最小約240ns。這樣的時(shí)間差距，單片機很難處理;有時(shí)候又需要操作工人轉動(dòng)紗籠，調整位置，速度往往幾乎為零，并可能反復變換方向。

采用CPLD器件，組成如圖4所示的判向電路，A路信號從IN05引腳輸入，B路信號從IN10引腳輸入，方向信號從數據總線(xiàn)的DATA0取出(波形見(jiàn)圖5)，傳送給單片機。供單片機檢出和脈沖計數。

這項應用的難點(diǎn)，不僅在于高速時(shí)判別轉向，還在于工人轉動(dòng)紗籠時(shí)，情況復雜多變。雖說(shuō)傳感器內部配備了斯密特整形電路，當紗籠低速穿越傳感器時(shí)，拉長(cháng)跨越門(mén)檻電平的時(shí)間，會(huì )產(chǎn)生一串不穩定的跳變，發(fā)生計數錯誤。

圖3　紗籠傳感器信號及波形示意圖

圖4　判向電路

借助單片機的特殊處理程序和CPLD器件中其他邏輯電路，該整經(jīng)機項目的控制器不論高速還是低速，都能可靠地檢出方向和脈沖個(gè)數，未發(fā)生過(guò)錯誤。

圖5　判向電路的仿真波形圖

模擬信號接口

模擬信號輸入接口

當控制對象不需要高速采樣、高速調節時(shí)，采用圖1控制器方框圖中所示的模數轉換形式，能夠充分發(fā)揮CPLD器件邏輯宏單元可編程的長(cháng)處。V/F轉換器把輸入的電壓信號轉為頻率信號，供CPLD器件中的計數器(圖1中未畫(huà)出)計數，從而把模擬量轉換成數字量。該計數器的字長(cháng)、進(jìn)制、模式根據需要可任意編程設定，比使用單片機內的計數器靈活方便。此處不詳敘。

當控制對象為高速系統時(shí)，可采用并行A/D轉換集成電路，這時(shí)宜采用并行口控制，可通過(guò)單片機或CPLD器件按常規方式對A/D電路的進(jìn)行。

模擬信號輸出接口

輸出的調節信號，可采用脈寬調制(PWM)波形加低通濾波器方式，很方便地實(shí)現數模轉換。PWM頻率越高，濾波效果越好，數模轉換通道如圖6所示。