基于CPLD的低功耗爆炸場溫度測試系統(tǒng)
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1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實現(xiàn)測試系統(tǒng)的電源管理及全局時鐘控制，從而達(dá)到降低功耗和控制各信號初態(tài)的目的。
2)時鐘分頻模塊：該模塊主要實現(xiàn)對從晶體振蕩器輸出到CPLD的時鐘進(jìn)行分頻，從而得到A／D轉(zhuǎn)換器、存儲器和FIFO需要的時序。
3)編程觸發(fā)比較模塊：該模塊主要實現(xiàn)觸發(fā)溫度數(shù)字電平的編程，通過移位寄存器實現(xiàn)；數(shù)字比較部分是把A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果和所編溫度數(shù)字電平值比較判斷觸發(fā)與否。
4)FIFO及存儲器地址模塊：該模塊主要實現(xiàn)生成FIFO和存儲器需要的地址，F(xiàn)IFO和存儲器的數(shù)據(jù)讀寫。
5)A／D時序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器的CONVST／和讀信號的時序生成。
6)讀數(shù)模塊：該模塊主要實現(xiàn)讀數(shù)接口的邏輯連接控制，接收計算機發(fā)送的脈沖信號，以完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?br />2．2 溫度傳感器
在爆炸場等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環(huán)境下采集瞬時溫度的動態(tài)變化對溫度傳感器要求很高，因此選用了美國NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。該熱電偶瞬態(tài)溫度響應(yīng)時間僅為幾百微妙，溫度范圍高達(dá)2 315℃，耐壓程度高達(dá)69 MPa，完全能夠滿足爆炸場溫度測試的需要。
熱電偶是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電動勢的變化，熱電偶回路中產(chǎn)生的電動勢差為：
NA、NB為材料A、B的電子密度；σA、σB為導(dǎo)體A、B的湯姆遜系數(shù)，K為波爾茲曼常數(shù)。
由于導(dǎo)體湯姆遜效應(yīng)引起的電動勢差相比較小，?？珊雎?，因此當(dāng)熱電偶的兩種材料的特性為已知時，一端溫度固定，則待測溫度T是電動勢的單值函數(shù)。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設(shè)計采用了補償電橋法補償冷端的溫度變化。
2．3 電源管理模塊
由于溫度測試系統(tǒng)經(jīng)常需要在惡劣的環(huán)境中工作，所需的能量都是靠一次性的高溫電池來供給，電量有限。而溫度測試系統(tǒng)往往要求測試過程很長，為了減小在測量過程中由于電量不足而使電路不能正常工作的可能性，就必須考慮測試系統(tǒng)低功耗的要求。因此設(shè)計了先進(jìn)的電源管理模塊，即電路在需要工作時給其供電，在不需要工作時斷電，減小電路無效操作時功耗的比例。
為了減少不必要的損耗，采用了多路電源供電管理模式，分別為：VCC、VDD、VEE。VCC和CPLD相連接，存儲模塊部分、AD轉(zhuǎn)換部分由VDD供電，運算放大器、晶振由VEE控制。
本系統(tǒng)中選用雙通道電源開關(guān)芯片MAX894作為電源管理芯片，其供電范圍為2．7～5．5 V，關(guān)斷時消耗電流僅為0．1μA，兩通道全部打開是消耗電流約為17 μA。在本次設(shè)計中MAX894芯片輸入電源VCC=3．6 V，通過ONA／控制產(chǎn)生VDD=3．6 V，通過ONB／控制產(chǎn)生VEE=3．6V。 ONA／ONB／低電平有效，由CPLD內(nèi)部控制。如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/190724.htm
電源管理模塊在CPLD內(nèi)部的控制部分如圖4所示，ONON和OFF是電路模塊的開關(guān)，TC／是CPLD外接晶振的使能端，高電平有效。當(dāng)電路上電后，ONON變?yōu)楦唠娖剑琌NA變?yōu)楦唠娖?，ONAN變?yōu)榈碗娖剑娫垂芾砟K的VDD輸出有效，AD轉(zhuǎn)換部分和存儲模塊部分開始工作。由于晶振此時處于工作狀態(tài)，所以TC為低電平，ONBN也是低電平，電源管理部分的VEE輸出有效。當(dāng)存儲器的存儲空間存滿后，晶振停止工作，TC變?yōu)楦唠娖剑琌NBN也變?yōu)楦唠娖?，所以VEE輸出無效，運算放大器部分關(guān)閉。此時電路處于微功耗狀態(tài)，存儲器處于待讀數(shù)狀態(tài)。當(dāng)存儲器中的數(shù)據(jù)被讀出后，電路可以關(guān)閉。此時除了CPLD，所有器件均被關(guān)閉。
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