CPLD器件在單片機(jī)控制器中的使用

圖7是在CPLD器件內(nèi)設(shè)計(jì)的一個(gè)8位計(jì)數(shù)器PWM波形發(fā)生器的示例。填入不同的計(jì)數(shù)初值，將在PWMOUT端相應(yīng)輸出不同占空比的脈沖串(見圖8)。

圖6　數(shù)模轉(zhuǎn)換通道示意圖

圖7　8位計(jì)數(shù)器PWM波形發(fā)生器示例圖

圖8　脈寬調(diào)制波形比較圖

在圖7中，時(shí)鐘脈沖從P32引腳輸入，WRN是寫選通信號(hào)輸入端，PWMOUT是輸出端。

如果只使用CPLD器件，PWM波的周期和脈寬形成電路會(huì)比較復(fù)雜。結(jié)合單片機(jī)以后，PWM波形的周期就是單片機(jī)定時(shí)訪問(wèn)該計(jì)數(shù)器的WRN信號(hào)的周期，脈寬由單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線(DATA0～7)填入的計(jì)數(shù)初值決定。減少了CPLD器件內(nèi)可編程邏輯宏單元或邏輯塊數(shù)量的消耗。在圖6中，整形電路主要起限幅、隔離作用。限幅之后，使幅度保持一致，并加大脈沖的上升沿和下降沿的陡削度，保證后級(jí)轉(zhuǎn)換的電壓幅度主要取決于脈寬，減少附加誤差。

濾波電路影響到轉(zhuǎn)換的線性度，根據(jù)不同的課題要求，可采用無(wú)源濾波器、有源一階、二階低通濾波器。巴特沃茲型濾波器具有平坦的通帶幅頻特性，最適于本轉(zhuǎn)換電路方式的需要。以圖9所示巴特沃茲二階低通濾波器為例，其截止頻率fo為：

圖9　二階低通濾波器

截至頻率fo應(yīng)該大于信號(hào)帶寬邊沿，但是要遠(yuǎn)小于PWM信號(hào)的頻率。濾波器R，C的取值直接影響轉(zhuǎn)換后的紋波幅度和轉(zhuǎn)換速率，兩者對(duì)R，C的要求正相反，應(yīng)均衡考慮。必要時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選取合適的數(shù)值。

脈寬調(diào)制(PWM)波加低通濾波而實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路，其精度主要取決于計(jì)數(shù)器的字長(zhǎng)、PWM的頻率、低通濾波器的形式和元件選型。注意到這幾點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效果令人滿意。本文以8位計(jì)數(shù)器舉例，實(shí)際應(yīng)用中，考慮種種因素，一般采用10～14位計(jì)數(shù)器。

圖6中的功率放大級(jí)主要是把濾波器輸出的信號(hào)，以適當(dāng)?shù)姆糯?、反饋形式，轉(zhuǎn)換成符合Ⅱ型儀表、Ⅲ型儀表規(guī)定的電壓、電流信號(hào)，或轉(zhuǎn)換成其他觸發(fā)控制信號(hào)，以便與被控對(duì)象連接，調(diào)節(jié)其工作狀態(tài)。

結(jié)語(yǔ)

CPLD器件的物理機(jī)制像74系列、CD4000系列集成電路那樣，純屬硬件電路，十分可靠。繁雜的開發(fā)工作是依賴功能強(qiáng)大的EDA軟件實(shí)現(xiàn)的，入門門檻較低，易于初學(xué)者上手。目前正被越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者青睞，普及推廣只是時(shí)間問(wèn)題。

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，相信CPLD器件會(huì)有長(zhǎng)足的進(jìn)步，可能會(huì)與微機(jī)日益緊密結(jié)合，以致兩者間界限模糊，你中有我，我中有你。

研制產(chǎn)品時(shí)，使CPLD器件與單片機(jī)的有機(jī)結(jié)合，不但縮短了開發(fā)周期，而且控制器配置靈活、修改方便、適應(yīng)性強(qiáng)，加大了研制的自由度。容易滿足用戶的多元需求，從而爭(zhēng)得商機(jī)。