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[毕业设计] 基于CPLD芯片的数字控制器实现

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发表于 2020-4-15 09:35 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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摘要:本文介绍一种单片机cpld联合实现的新型数字控制器。控制算法/ l2 E, @  \' X% @; U
用VHDL语言写成,由CPLD硬件实现;单片机对CPLD芯片在线编程,
9 }  j* f& B6 D* Y可以切换数种不同的控制算法。这样就把原来由单片机软件实现的算法改由
, P- ^: Z1 a. `+ Y. a1 W8 }6 k硬件完成,将硬件算法和单片机两者的优点结合起来,可以针对不同的控制
2 I+ e1 I" x, g+ l6 g对象和控制要求方便的改变CPLD算法,达到满意的控制效果。
+ A  ?  K0 L8 c  V' m关键词: CPLD; 数字控制器; VHDL; 单片机2 H6 D8 ]1 l& x) g
在计算机控制系统中控制算法是用计算机软件程序实现的,可
4 I3 H6 Y4 w# P* _4 J2 J以编好数种控制算法放置在存储器中,针对不同的控制对象、控制
. ]% A: q# M4 A+ {9 Z* j2 j% W要求灵活调用,适应不同的控制场合。但是,软件算法计算费时,
% g. k! e/ p) c( s- L在要求实时性较高的场合无法适用;并且受外界干扰影响较大,一% H& Z% I8 Q( q& e
旦出错,控制过程就将中断,可靠性不高。$ l% V, @; Q) j! Q% {9 t" v
采用硬件实现数学算法具有运算高速、抗干扰能力强的优点,
: B7 t7 \/ C0 {. j- x( {' o* p8 r在控制场合干扰严重、控制要求实时性高的情况下有其不可替代的9 M. r. L( s& @: q4 O
优势。随着可以替代几十甚至上百块通用IC芯片的大规模可编程
/ b! U" _3 Y5 v4 {" J# ?# V逻辑器件FPGA/CPLD的出现,采用VHDL语言描述电路功能,
' q" i; C* i2 S; S利用CPLD硬件实现,组成了现代EDA工程的核心,也成为电子" l4 e/ k+ v4 H8 d/ P4 v
设计今后的发展趋势。但是,CPLD 硬件算法上电配置完成后就不
7 j1 w: B2 O" U可更改,这样就限制了它在不同场合应用的灵活性。本设计将+ `: l/ e( E$ A6 J; @% E* g
CPLD和单片机结合使用,控制算法由CPLD硬件实现,单片机在; v8 s6 [5 T6 w. a* x- `8 x7 R
线配置CPLD,可以灵活的切换数种算法,适应不同的控制场合。& C; X' B8 I; c. _" U
这样,就把硬件算法运算高速、抗干扰能力强和单片机使用方便灵
( W# J( r/ G' L7 o  w  F活的优点结合起来。( i6 K/ ~: D8 u3 {) Q" F
本文采用的Altera公司的FLEX10K系列CPLD芯片采用5 r7 j+ Z5 {) G0 O2 W' G% R
SRAM工艺,可以实现在线编译配置功能;高达10,000 ~ 250,000% I# i: e0 w. f) O6 y
个门电路,可以实现把-一个子系统集成在单- -芯片上。单片机采用  ?+ t5 G4 O0 N% q: [7 k3 R+ \( ~
8031,除在线编程CPLD芯片外,还提供设定控制参数、显示、报
+ L, X$ J1 b) _, K: d警等功能。  f9 w4 y' e. O4 Q" K
1硬件电路
, C# ]7 t$ [1 U3 A系统的硬件结构框图如图1所示。本系统采用8031单片机对
9 Y% r, P' g, o& y4 H& f" HCPLD芯片进行在线配置,配置方式为被动并行同步( PPS)方8 S, ~, \8 P8 i" M- o2 f
式。FLEX10K在配置时要用到的引脚有nSTATUS、CON
5 Q; z% Q! q% f) ^F_ ,DONE、DCLK 、nCONFIG 以及DATA[7... .0]共12个& N$ b- n# h3 h( ^$ {7 u9 c6 h
引脚,它们分别被接到单片机P3.2. P3.3、 P3.4、 P3.5和P1% L9 s- x, Y; ~! q# u
口。nSTATUS 和CONF. DONE作为外部的两个中断源INTO和
) g% _/ c, @+ ]0 f; [5 A5 W" GINT1,以及时响应配置CPLD中出现的情况。外接程序存储器采用2 S* ?0 i% d9 z7 G) ?
27C512芯片,寻址空间为64K;数据存储器为62128, 容量为16k,: R3 V. p- {6 E7 W; ^0 I9 S! S
以满足处理中间数据的需要。由于单片机要和执行控制算法的
  U2 h* b$ e  CCPLD芯片交换参数数据,所以扩展了一片8255可编程并行I/O
7 Z9 i0 `/ x2 `  w/ W. Y5 v& O芯片,片选、A1. A0 分别接到单片机的P2.7、P2.6 和P2.5;键.
: q& ]: u0 r+ H3 S9 S- b盘和显示电路采用标准的8279芯片键盘显示接口。单片机的  f+ F) b) k6 G9 x
TXD、RXD引脚保留,如需要可以方便的扩展串行通信电路,与
: l" U8 \7 I* o2 ?2 K上位机进行通讯,组成更复杂功能更强的计算机控制系统;外接石! O5 G. E  g& N5 {0 E" q( ~

# v  T1 H( P, {0 x* e( ], J
. x$ v+ t, h/ D' Z7 J9 C8 ]/ U4 X! c" v( }9 d7 g
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