基于CPLD的智能数字电压表设计
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1 引言 传统的数字电压表多以单片机为控制核心，芯片集成度不高，系统连线复杂，难以小型化，尤其在产品需求发生变化时，不得不重新布版、调试，增加了投资风险和成本。而采用CPLD进行产品开发，可以灵活地进行模块配置，大大缩短了开发周期，也有利于数字电压表向小型化、集成化的方向发展。 2系统原理及组成 系统组成原理框图如图1所示。系统的控制核心是一片CPLD芯片，它由三个功能模块构成： A/D转换时序控制模块、码制变换模块以及显示控制/驱动模块。三个模块的功能分别为发出控制信号启动A/D转换及读取采样值、对AD采样值进行码制转换、发出控制信号驱动LED/LCD显示相应数据。 系统工作原理：测量信号经过信号预处理，变换为0～2.5V范围内的有效信号后送入A/D转换电路中，然后A/D转换时序控制模块发出控制信号，启动A/D 转换器进行转换，A/D采样得到的数字信号在码制变换模块中转换为相应的显示代码，最后经显示控制/驱动模块发出控制与驱动信号，推动外部的显示模块(LED/LCD)显示相应的数据。 3CPLD功能模块设计 智能数字电压表的控制核心CPLD的三个功能模块皆用VHDL语言编程实现，下面主要介绍CPLD的三个功能模块的设计。 3.1 A/D转换时序仿真模块AD_CONTROL ANALOG DEVICES公司生产的AD7715是一片16位的∑-Δ ADC集成电路。它的主要特性有：3V/5V工作电压，单/双极性输入;可编程改变增益为1，2，32，128倍;在单极性输入状态下模拟电压输入范围允许为0～20mV, 0～80mV, 0～1.25V, 0～2.5V不等(有利于提高精度);三线串行接口;支持差分输入;低功耗(450 mF [email=Max@3V]Max@3V[/email])。在本系统中AD7715的作用是将0~2.5V的输入模拟信号转换为16位的高精度的数字信号供CPLD处理。AD_CONTROL模块用于控制AD7715的启动、读、写等操作。设计的AD_CONTROL模块如图2所示，其VHDL语言的 ENTITY定义部分如下：
如图所示，二者的接口信号线直接连接并由AD_CONTROL模块模拟产生AD7715芯片的各个接口信号，完成ADC的启动、读、写操作。AD7715的工作模式由内部寄存器(Communications Register，Setup Register，Test Register，Data Register)中的控制字决定。内部寄存器的数据写入和读出都由CS，DRDY，SCLK信号控制。当 AD7715被访问时，SCLK脚应出现一次带上升沿的高电平，其时钟频率应为9.2kHz。这是关键信号，其他信号均以此信号作为时基。因此，CPLD 中的AD_CONTROL模块的功能之一就是提供SCLK 以及其他信号的严格时序。图3、图4分别为AD_CONTROL模块读、写AD7715时序图。 |
