基于CPLD的溫度自動(dòng)控制系統的研制

1.2 功率控制部分

常見(jiàn)的功率控制有兩種方法：一是調功，通過(guò)控制單位時(shí)間內加在功率器上的正弦波的波頭數來(lái)控制功率;二是調相，通過(guò)控制可控硅的導通角，來(lái)控制導通時(shí)加在功率器上的電壓幅值，實(shí)現對功率器的精確均勻控制。由于方法二可以均勻精確的控制功率，并能夠對功率進(jìn)行微調，使得被控對象的溫度平滑地到達設定值，因此在本系統中選擇方法二。其控制電路的電路框圖如圖3所示，圖中方框內的硬件部分由CPLD器件實(shí)現，具有簡(jiǎn)潔，性能可靠等特點(diǎn)。

圖3 溫度控制電路框圖

利用調相法控制功率，必須隨時(shí)知道并記錄220V市電的相角，從而準確的控制導通時(shí)刻。在傳統的控制系統中一般利用模擬鎖相環(huán)電路提取市電的同步信號，但加大了電路構成的復雜程度。在本系統中省去了模擬鎖相環(huán)器件，簡(jiǎn)化了電路結構。硬件電路描述如下：

(1)采用變壓器將220V市電轉換為同步的峰值為5V的正弦波電壓信號，然后經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器把正弦波電壓信號轉換為占空比1：1的50HZ方波信號。

(2)50HZ的方波信號通過(guò)邊沿檢測電路得到同相的100HZ的窄脈沖信號，其邊沿檢測電路原理圖如圖4所示。

圖4 邊沿檢測電路

(3)8位計數器對25KHZ的頻標信號進(jìn)行計數，計數器具備一個(gè)上升沿清零端，該端的接入信號為(2)中得到的100HZ的窄脈沖，該窄脈沖以頻率100HZ對計數器清零，使得計數的開(kāi)始時(shí)刻為50HZ市電信號的過(guò)零處，從而保證嚴格同步。具體信號時(shí)序關(guān)系如圖5所示。

(4)8位計數器的計數值輸入到數字比較器中，與單片機設置的預定值進(jìn)行比較：當計數值小于等于單片機輸入的預定值時(shí)，數字比較器的輸出端輸出為高電平。當計數值大于單片機輸入的預定值時(shí)，數字比較器的輸出端輸出為低電平。這樣輸出周期性的與市電半波同步的方波信號去控制可控硅的導通角，通過(guò)改變單片機輸入值的大小可以方便的調節可控硅的導通角，準確地高精度地實(shí)現功率調節。

圖5 信號時(shí)序關(guān)系圖

從該部分硬件結構的組成特點(diǎn)可以看出，其組成核心是由可重新配置特點(diǎn)的CPLD器件 MAX7128構成。MAX7128為高性能可擦除器件，采用第二代多陣列矩陣(MAX)結構，可用門(mén)數為2500門(mén)，宏單元數為128，邏輯陣列塊數為8，通過(guò)標準的JTAG接口，支持在系統可編程(ISP)。它實(shí)現了控制部分的核心功能，其它的電路都屬于輔助電路。因此系統在結構上具有典型的開(kāi)放性，這對實(shí)現軟件的開(kāi)放是一個(gè)很好的支持。