CPLD器件在單片機(jī)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(jì)者在a點(diǎn)處插入了整形電路，其實(shí)，當(dāng)CPLD器件與單片機(jī)結(jié)合時(shí)，可借助濾波軟件，消除抖動(dòng)的影響，使得線路簡(jiǎn)潔。經(jīng)實(shí)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(hào)的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象而工作的場(chǎng)合，CPLD器件比單片機(jī)更具有優(yōu)越性。例如，某型號(hào)分條整經(jīng)機(jī)，紗籠直徑650～1000mm，需要判別轉(zhuǎn)向。紗籠高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，A，B二路信號(hào)的時(shí)間差最小約240ns。這樣的時(shí)間差距，單片機(jī)很難處理;有時(shí)候又需要操作工人轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)從IN05引腳輸入，B路信號(hào)從IN10引腳輸入，方向信號(hào)從數(shù)據(jù)總線的DATA0取出(波形見圖5)，傳送給單片機(jī)。供單片機(jī)檢出和脈沖計(jì)數(shù)。

這項(xiàng)應(yīng)用的難點(diǎn)，不僅在于高速時(shí)判別轉(zhuǎn)向，還在于工人轉(zhuǎn)動(dòng)紗籠時(shí)，情況復(fù)雜多變。雖說(shuō)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(shí)，拉長(zhǎng)跨越門檻電平的時(shí)間，會(huì)產(chǎn)生一串不穩(wěn)定的跳變，發(fā)生計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。

圖3　紗籠傳感器信號(hào)及波形示意圖

圖4　判向電路

借助單片機(jī)的特殊處理程序和CPLD器件中其他邏輯電路，該整經(jīng)機(jī)項(xiàng)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(gè)數(shù)，未發(fā)生過(guò)錯(cuò)誤。

圖5　判向電路的仿真波形圖

模擬信號(hào)接口

模擬信號(hào)輸入接口

當(dāng)控制對(duì)象不需要高速采樣、高速調(diào)節(jié)時(shí)，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(zhǎng)處。V/F轉(zhuǎn)換器把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)為頻率信號(hào)，供CPLD器件中的計(jì)數(shù)器(圖1中未畫出)計(jì)數(shù)，從而把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該計(jì)數(shù)器的字長(zhǎng)、進(jìn)制、模式根據(jù)需要可任意編程設(shè)定，比使用單片機(jī)內(nèi)的計(jì)數(shù)器靈活方便。此處不詳敘。

當(dāng)控制對(duì)象為高速系統(tǒng)時(shí)，可采用并行A/D轉(zhuǎn)換集成電路，這時(shí)宜采用并行口控制，可通過(guò)單片機(jī)或CPLD器件按常規(guī)方式對(duì)A/D電路的進(jìn)行。

模擬信號(hào)輸出接口

輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)，可采用脈寬調(diào)制(PWM)波形加低通濾波器方式，很方便地實(shí)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。