CPLD器件在單片機控制器中的使用

開關(guān)型接口

CPLD器件與外部設(shè)備的開關(guān)型的輸入/輸出端，可按圖2所示方式連接，構(gòu)成類似于PLC可編程控制器的開關(guān)型接口。有些設(shè)計者在a點處插入了整形電路，其實，當(dāng)CPLD器件與單片機結(jié)合時，可借助濾波軟件，消除抖動的影響，使得線路簡潔。經(jīng)實際使用，效果很好。

圖2　開關(guān)型輸入/輸出接口

在高速采樣或利用脈沖信號的競爭現(xiàn)象而工作的場合，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(zhuǎn)向。紗籠高速運轉(zhuǎn)時，A，B二路信號的時間差最小約240ns。這樣的時間差距，單片機很難處理;有時候又需要操作工人轉(zhuǎn)動紗籠，調(diào)整位置，速度往往幾乎為零，并可能反復(fù)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(shù)據(jù)總線的DATA0取出(波形見圖5)，傳送給單片機。供單片機檢出和脈沖計數(shù)。

這項應(yīng)用的難點，不僅在于高速時判別轉(zhuǎn)向，還在于工人轉(zhuǎn)動紗籠時，情況復(fù)雜多變。雖說傳感器內(nèi)部配備了斯密特整形電路，當(dāng)紗籠低速穿越傳感器時，拉長跨越門檻電平的時間，會產(chǎn)生一串不穩(wěn)定的跳變，發(fā)生計數(shù)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數(shù)，未發(fā)生過錯誤。

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(dāng)控制對象不需要高速采樣、高速調(diào)節(jié)時，采用圖1控制器方框圖中所示的模數(shù)轉(zhuǎn)換形式，能夠充分發(fā)揮CPLD器件邏輯宏單元可編程的長處。V/F轉(zhuǎn)換器把輸入的電壓信號轉(zhuǎn)為頻率信號，供CPLD器件中的計數(shù)器(圖1中未畫出)計數(shù)，從而把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該計數(shù)器的字長、進制、模式根據(jù)需要可任意編程設(shè)定，比使用單片機內(nèi)的計數(shù)器靈活方便。此處不詳敘。

當(dāng)控制對象為高速系統(tǒng)時，可采用并行A/D轉(zhuǎn)換集成電路，這時宜采用并行口控制，可通過單片機或CPLD器件按常規(guī)方式對A/D電路的進行。

模擬信號輸出接口

輸出的調(diào)節(jié)信號，可采用脈寬調(diào)制(PWM)波形加低通濾波器方式，很方便地實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。PWM頻率越高，濾波效果越好，數(shù)模轉(zhuǎn)換通道如圖6所示。