一種基于CPLD的16位VFC式AD轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

　　圖6　基于CPLD的頻率計(jì)電路原理圖

　　2. 5　單片機(jī)控制電路

　　控制部分采用凌陽(yáng)SPEC061A 單片機(jī)。

　　SPCE061A是凌陽(yáng)科技新推出的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器，它在2. 6～3. 6 V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0. 32～49. 152MHz，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。2 K字節(jié)SRAM和32 K字閃存ROM僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間， 32位可編程的多功能I/O端口;兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器; 32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘;低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能; 8通道10位模- 數(shù)轉(zhuǎn)化輸入并具有自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式：雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能等。SPCE061A是數(shù)字聲音和語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的 應(yīng)用。

　　在本系統(tǒng)中， SPCE061A主要實(shí)現(xiàn)CPLD信息讀取，鍵盤(pán)接口和顯示模塊控制等功能。

　　圖7　單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

　　2. 6　顯示接口設(shè)計(jì)

　　在顯示方面，由于LCD （L iquidCrystalD ISp lay）具有以下特點(diǎn)：

　?。?）低工作電壓，低功耗。

　　（2）顯示柔和，字跡清晰。

　?。?）不怕強(qiáng)光照射，光照越強(qiáng)，對(duì)比度越大，顯示效果越好。

　?。?）體積小，重量輕，平板型。

　?。?）可靠性高，壽命長(zhǎng)。

　　因此本設(shè)計(jì)采用128 ×64的圖形點(diǎn)陣液晶顯示器來(lái)顯示頻率流量信息，液晶采用4行顯示，顯示信息豐富，可以滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。同時(shí)，該液晶采用串口傳輸數(shù)據(jù)，每秒刷屏一次，節(jié)約了單片機(jī)的資源，為今后的繼續(xù)開(kāi)發(fā)和升級(jí)打下基礎(chǔ)。

　　2. 7　其它輔助抗干擾措施

　　一般來(lái)說(shuō)，測(cè)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與制作并不復(fù)雜，功能設(shè)計(jì)不過(guò)的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，系統(tǒng)能否在運(yùn)行過(guò)程中準(zhǔn)確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)這些功能才是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵。由于實(shí)際工作環(huán)境中存在各種各樣的干擾源，這些干擾源對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行往往會(huì)產(chǎn)生不利，甚至?xí)a(chǎn)生意想不到事，更有甚者的是造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓和無(wú)法 工作運(yùn)行，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)設(shè)備的損壞和事故的發(fā)生，因此，測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾防范措施在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的位置。本設(shè)計(jì)增加了如耦合電路、后備電 源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、印刷電路板等硬件抗干擾設(shè)計(jì)，減少干擾源對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行所帶來(lái)的不利影響。

　　3　系統(tǒng)通信流程及軟件的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，總的原則主要從以下幾方面考慮：

　?。?）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分。根據(jù)它們之間的聯(lián)系和時(shí)間上的關(guān)系，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)，使其清晰、簡(jiǎn) 潔、流程合理;（2）采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改;（3）建立正確的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)功能要 求，描述出各個(gè)輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是關(guān)系到系統(tǒng)性能好壞的重要因素;（4）為提高軟件設(shè)計(jì)的總體效率，以簡(jiǎn)明、直觀(guān)的方法對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述， 在編寫(xiě)應(yīng)用軟件之前，繪制出程序流程圖。這不僅是程序設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分，而且是決定成敗的關(guān)鍵部分;（5）合理分配系統(tǒng)資源，其中最關(guān)鍵的是片內(nèi)內(nèi) 存分配。分配時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮其特一長(zhǎng)，做到物盡其用;（6）加強(qiáng)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，軟件設(shè)計(jì)采用模塊結(jié)構(gòu)， 整個(gè)軟件包括主程序、采樣子程序數(shù)據(jù)處理子程序、顯示子程序等模塊。

根據(jù)以上原則要求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件程序流程圖如圖8所示：

　　圖8　控制程序流程圖

　　4　測(cè)試結(jié)果及分析

　　對(duì)所設(shè)計(jì)的電路的V /F轉(zhuǎn)換的性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如圖9所示。

　　圖9　V /F轉(zhuǎn)換測(cè)量對(duì)比值

　　通過(guò)示波器觀(guān)察，每秒鐘50 000個(gè)脈沖，即轉(zhuǎn)換頻率為50 kHz。由測(cè)試結(jié)果圖可知此次VF轉(zhuǎn)換滿(mǎn)足了高分辨率和較低的非線(xiàn)性度的要求，分辨率可達(dá)16位，線(xiàn)性誤差《0. 2 %，轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)50 kHz。

　　5　結(jié)論

　　本次設(shè)計(jì)應(yīng)用V /F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高分辨率AD轉(zhuǎn)換，具有較高的滿(mǎn)刻度頻率響應(yīng)、低功耗和較低的非線(xiàn)性度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表對(duì)溫度的控制中，滿(mǎn)足對(duì)設(shè)定溫度控制穩(wěn)定 性的要求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用CPLD實(shí)現(xiàn)頻率計(jì)數(shù)功能，是數(shù)字系統(tǒng)精確測(cè)量頻率一種方法：在采樣時(shí)間內(nèi)同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)和被測(cè)頻率信號(hào)計(jì)數(shù)。采樣完成 后，把二者的計(jì)數(shù)值相比，再乘以標(biāo)準(zhǔn)頻率就可以得到被測(cè)頻率的精確值。