基于CPLD的溫度自動控制系統(tǒng)的研制

1.2 功率控制部分

常見的功率控制有兩種方法：一是調(diào)功，通過控制單位時間內(nèi)加在功率器上的正弦波的波頭數(shù)來控制功率;二是調(diào)相，通過控制可控硅的導(dǎo)通角，來控制導(dǎo)通時加在功率器上的電壓幅值，實現(xiàn)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?qū)β蔬M(jìn)行微調(diào)，使得被控對象的溫度平滑地到達(dá)設(shè)定值，因此在本系統(tǒng)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(nèi)的硬件部分由CPLD器件實現(xiàn)，具有簡潔，性能可靠等特點。

圖3 溫度控制電路框圖

利用調(diào)相法控制功率，必須隨時知道并記錄220V市電的相角，從而準(zhǔn)確的控制導(dǎo)通時刻。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)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(gòu)成的復(fù)雜程度。在本系統(tǒng)中省去了模擬鎖相環(huán)器件，簡化了電路結(jié)構(gòu)。硬件電路描述如下：

(1)采用變壓器將220V市電轉(zhuǎn)換為同步的峰值為5V的正弦波電壓信號，然后經(jīng)過過零比較器把正弦波電壓信號轉(zhuǎn)換為占空比1：1的50HZ方波信號。

(2)50HZ的方波信號通過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(shù)器對25KHZ的頻標(biāo)信號進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器具備一個上升沿清零端，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(shù)器清零，使得計數(shù)的開始時刻為50HZ市電信號的過零處，從而保證嚴(yán)格同步。具體信號時序關(guān)系如圖5所示。

(4)8位計數(shù)器的計數(shù)值輸入到數(shù)字比較器中，與單片機設(shè)置的預(yù)定值進(jìn)行比較：當(dāng)計數(shù)值小于等于單片機輸入的預(yù)定值時，數(shù)字比較器的輸出端輸出為高電平。當(dāng)計數(shù)值大于單片機輸入的預(yù)定值時，數(shù)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(dǎo)通角，通過改變單片機輸入值的大小可以方便的調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，準(zhǔn)確地高精度地實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。

圖5 信號時序關(guān)系圖

從該部分硬件結(jié)構(gòu)的組成特點可以看出，其組成核心是由可重新配置特點的CPLD器件 MAX7128構(gòu)成。MAX7128為高性能可擦除器件，采用第二代多陣列矩陣(MAX)結(jié)構(gòu)，可用門數(shù)為2500門，宏單元數(shù)為128，邏輯陣列塊數(shù)為8，通過標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口，支持在系統(tǒng)可編程(ISP)。它實現(xiàn)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(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有典型的開放性，這對實現(xiàn)軟件的開放是一個很好的支持。