基于CPLD的溫度自動(dòng)控制系統的研制

“溫度”是各類(lèi)工業(yè)控制生產(chǎn)中常見(jiàn)的、而又十分重要的控制參數。人們研制出各種針對不同控制對象的溫度自動(dòng)控制系統，其中軟件控制算法已比較成熟，但溫度控制系統的硬件構成特別是功率控制部分往往存在著(zhù)硬件結構復雜，分離元件較多，結構較為封閉等問(wèn)題。隨著(zhù)CPLD器件的大規模運用，采用CPLD器件可簡(jiǎn)化控制系統的硬件結構。本文設計了一種以8051單片機為核心的溫度控制系統，該系統的控制部分由CPLD來(lái)完成，針對不同的控制對象可采用不同的控制算法，因此該控制系統具有結構開(kāi)放、成本低廉、性能可靠等特點(diǎn)。

1 系統硬件構成

對一個(gè)溫度自動(dòng)控制系統來(lái)說(shuō)，其硬件結構由兩大部分構成：溫度測量部分和功率控制部分。系統結構總框圖如圖1所示。

圖1 系統總框圖

1.1 溫度測量部分

(1)信號轉換電路：根據被控對象的不同，采用不同的溫度傳感器，將物理信號變換為電信號，以便8051單片機處理。

(2)信號處理電路：由傳感器所變換得到的電信號一般為小的電壓信號，受到控制精度的限制，不能直接送入到A/D，而需要對小信號進(jìn)行放大。本系統中采用了程控差分放大器，其電路圖如圖2所示。差分放大器A3采用高精度運放AD844;前置放大器A1改變了小信號的測量精度以及傳感器和差分放大器的匹配;射級跟隨器A2則實(shí)現了D/A和差分放大器的匹配和緩沖;由于小于1.2V的低阻驅動(dòng)的電壓基準源難以獲得，因此采用16位D/A轉換器MAX542構成數控基準源，整個(gè)數控基準電壓源的最大輸出為2.5V，其最小分辨率為2.5V/216≈0.04mV;根據傳感器輸出電壓信號的范圍確定差分放大器的放大倍數，這樣就構成了整個(gè)程控可變增益差分放大器。該程控放大電路不僅克服了傳統程控放大器增益分檔不夠多的缺點(diǎn)，還具有高精度，控制容易等優(yōu)點(diǎn)，因此系統的測量精度、控制精度得到了提高。

圖2 信號處理電路部分

(3)信號采集電路：該部分電路由12位的A/D轉換器構成。A/D轉換器的字長(cháng)，決定了系統的控制精度，字長(cháng)越大，控制精度就越高，但綜合考慮系統控制指標以及控制效率，采用12位的A/D轉換器即可，其轉換精度可以達到±0.012%。在本系統中我們采用MAXIM公司近年推出的高速A/D轉換器MAX197，與一般A/D芯片相比，品質(zhì)因素高、外圍電路簡(jiǎn)單并具有標準的微機接口，數據總線(xiàn)的時(shí)序與絕大多數通用的微處理器兼容，全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS電平兼容。