基于CPLD的高分辨率AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

圖4電壓放大偏置原理圖

　　2. 3　V /F轉(zhuǎn)換電路

　　電壓/頻率轉(zhuǎn)換即V /F轉(zhuǎn)換，是將一定的輸入電壓信號(hào)按線性的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，輸出頻率也響應(yīng)變化。

　　本設(shè)計(jì)采用專用集成芯片AD652，輔以的外圍電路即可實(shí)現(xiàn)V /F轉(zhuǎn)換，如圖5所示。AD652是美國(guó)ANALOGDEV ICES公司推出的高精度電壓頻率(V /F)轉(zhuǎn)換器，它由積分器、比較器、精密電流源、單穩(wěn)多諧振蕩器和輸出晶體管組成。該電路在±15 V電源電壓下，功耗電流小于15 mA，滿刻度為1 MHz時(shí)其非線性度小于0. 07 % ， 最佳溫度穩(wěn)定性為±150 ppm /℃。用AD652實(shí)現(xiàn)V /F轉(zhuǎn)換，可以滿足較高的滿刻度頻率響應(yīng)和較低的最佳溫度穩(wěn)定性。

圖5　V /F轉(zhuǎn)換電路

　　由于使用外部時(shí)鐘設(shè)置滿量程輸出頻率，AD652可以獲得更高的線性度和穩(wěn)定性。通過(guò)使用同一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)AD652和設(shè)置計(jì)數(shù)時(shí)間閘門(mén)，轉(zhuǎn)換精度與時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)，不因時(shí)鐘頻率的改變而改變。

　　2. 4　基于CPLD的頻率計(jì)電路

　　在本系統(tǒng)中， CPLD采用美國(guó)XIL INX公司生產(chǎn)的XC95108CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件) ，其片內(nèi)有108個(gè)宏， 2 400個(gè)門(mén)，頻率可以達(dá)125 MHz，引腳間延時(shí)715 ns，供電電壓5 V或313 V的在系統(tǒng)可編程器件，其可供用戶使用的I/O口數(shù)在64個(gè)以上。

　　XC95108采用FLASH編程工藝，可反復(fù)擦寫(xiě)，所設(shè)計(jì)的電路如圖6所示。

　　由于輸入的信號(hào)是交流信號(hào)而CPLD (可編程邏輯器件)和施密特觸發(fā)器是數(shù)字芯片，不識(shí)別負(fù)信號(hào)，需將輸入交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，用兩個(gè)電阻實(shí)現(xiàn)電壓鉗位功能，鉗位后的信號(hào)經(jīng)7414(施密特觸發(fā)器)整形為方波后直接輸入CPLD 對(duì)其計(jì)數(shù)。

　　由于CPLD可以實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。

　　頻率計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)為此系統(tǒng)的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，轉(zhuǎn)換精度受基準(zhǔn)晶振和AD652的V /F滿刻度時(shí)的量程的影響，由于CPLD 的基準(zhǔn)晶振選用的是20MHz的高精度晶振。設(shè)計(jì)的AD 轉(zhuǎn)換頻率為50kHz，所以在計(jì)數(shù)周期內(nèi)基準(zhǔn)晶振脈沖個(gè)數(shù)為400，CPLD因?yàn)殡S機(jī)時(shí)間出現(xiàn)的誤差僅為一個(gè)脈沖，而AD652的滿刻度頻率高，可達(dá)1MHz，所以精度可達(dá)到幾千分之一。

圖6　基于CPLD的頻率計(jì)電路原理圖

　　2. 5　單片機(jī)控制電路

　　控制部分采用凌陽(yáng)SPEC061A 單片機(jī)。

　　SPCE061A是凌陽(yáng)科技新推出的一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器，它在2. 6～3. 6 V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0. 32～49. 152MHz，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。2 K字節(jié)SRAM和32 K字閃存ROM僅占一頁(yè)存儲(chǔ)空間， 32位可編程的多功能I/O端口;兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器; 32 768 Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘;低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能; 8通道10位模- 數(shù)轉(zhuǎn)化輸入并具有自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式:雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能等。SPCE061A是數(shù)字聲音和語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。

　　在本系統(tǒng)中， SPCE061A主要實(shí)現(xiàn)CPLD信息讀取，鍵盤(pán)接口和顯示模塊控制等功能。