基于CPLD芯片的数字控制器实现

ByGrith4

摘要:本文介绍一种单片机和cpld联合实现的新型数字控制器。控制算法
  ~* B) R& `$ E用VHDL语言写成，由CPLD硬件实现;单片机对CPLD芯片在线编程，
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
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
9 c; N, d+ D+ \8 o) T- X& t# ~对象和控制要求方便的改变CPLD算法，达到满意的控制效果。
2 V, Y  [( C: U  L6 [! y1 I关键词: CPLD; 数字控制器; VHDL; 单片机
5 c- O/ f) S7 U( p6 U5 q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
7 f! h& t1 h1 u$ Q# R! J9 F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
# W5 H& x, q3 \8 [8 ?7 @  z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，
5 ?, D& e/ a% u' i& C! q7 K2 Y- R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
( v7 ?3 [$ [& Z. ]旦出错，控制过程就将中断，可靠性不高。
; J1 n( l/ x+ Z' R6 O* B! 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,
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
& y) `+ m4 I( A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
0 a! l+ r0 A7 P% v0 ~逻辑器件FPGA/CPLD的出现，采用VHDL语言描述电路功能，
利用CPLD硬件实现，组成了现代EDA工程的核心，也成为电子
3 x, M7 n  r# h* G9 P# F0 c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
$ ]1 B0 L% p8 V+ q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
CPLD和单片机结合使用，控制算法由CPLD硬件实现，单片机在
线配置CPLD,可以灵活的切换数种算法，适应不同的控制场合。
, {8 u" f% X4 Q# B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
活的优点结合起来。
本文采用的Altera公司的FLEX10K系列CPLD芯片采用
SRAM工艺，可以实现在线编译配置功能;高达10,000 ~ 250,000
' p6 `( _0 k5 M5 X/ I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
8031,除在线编程CPLD芯片外，还提供设定控制参数、显示、报
3 @$ C" W( L7 C- d警等功能。
1硬件电路
: }2 _; |! `! u系统的硬件结构框图如图1所示。本系统采用8031单片机对
2 R1 R! w6 e2 B6 v1 \6 _- QCPLD芯片进行在线配置，配置方式为被动并行同步( PPS)方
式。FLEX10K在配置时要用到的引脚有nSTATUS、CON
% K% [+ ~# `% r8 HF_ ,DONE、DCLK 、nCONFIG 以及DATA[7... .0]共12个
引脚，它们分别被接到单片机P3.2. P3.3、 P3.4、 P3.5和P1
口。nSTATUS 和CONF. DONE作为外部的两个中断源INTO和
1 H6 s- u+ y6 K) _6 Z7 FINT1,以及时响应配置CPLD中出现的情况。外接程序存储器采用
# E: A& m+ w$ m0 M  M27C512芯片，寻址空间为64K;数据存储器为62128, 容量为16k,
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
' p* b) S0 m+ e; dCPLD芯片交换参数数据，所以扩展了一片8255可编程并行I/O
7 d5 h& y1 d: U+ d6 \/ s; d芯片，片选、A1. A0 分别接到单片机的P2.7、P2.6 和P2.5;键.
4 J' ~$ g( @. P2 l" V盘和显示电路采用标准的8279芯片键盘显示接口。单片机的
% \) L3 [! L0 p$ c4 x/ N& \4 N+ vTXD、RXD引脚保留，如需要可以方便的扩展串行通信电路，与
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

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软件算法计算费时， 在要求实时性较高的场合无法适用