一種基于CPLD的16位VFC式AD轉換器設計

　　圖6　基于CPLD的頻率計電路原理圖

　　2. 5　單片機控制電路

　　控制部分采用凌陽SPEC061A 單片機。

　　SPCE061A是凌陽科技新推出的一個16位結構的微控制器，它在2. 6～3. 6 V工作電壓范圍內的工作速度范圍為0. 32～49. 152MHz，較高的工作速度使其應用領域更加拓寬。2 K字節(jié)SRAM和32 K字閃存ROM僅占一頁存儲空間， 32位可編程的多功能I/O端口;兩個16位定時器/計數器; 32 768 Hz實時時鐘;低電壓復位/監(jiān)測功能; 8通道10位模- 數轉化輸入并具有自動增益控制功能的麥克風輸入方式：雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能等。SPCE061A是數字聲音和語音識別產品的一種最經濟的 應用。

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

　　圖7　單片機結構框圖

　　2. 6　顯示接口設計

　　在顯示方面，由于LCD （L iquidCrystalD ISp lay）具有以下特點：

　?。?）低工作電壓，低功耗。

　　（2）顯示柔和，字跡清晰。

　?。?）不怕強光照射，光照越強，對比度越大，顯示效果越好。

　　（4）體積小，重量輕，平板型。

　?。?）可靠性高，壽命長。

　　因此本設計采用128 ×64的圖形點陣液晶顯示器來顯示頻率流量信息，液晶采用4行顯示，顯示信息豐富，可以滿足不同用戶的需求。同時，該液晶采用串口傳輸數據，每秒刷屏一次，節(jié)約了單片機的資源，為今后的繼續(xù)開發(fā)和升級打下基礎。

　　2. 7　其它輔助抗干擾措施

　　一般來說，測控系統(tǒng)的功能設計與制作并不復雜，功能設計不過的是系統(tǒng)設計的起點，系統(tǒng)能否在運行過程中準確無誤地實現(xiàn)這些功能才是系統(tǒng)設計的關 鍵。由于實際工作環(huán)境中存在各種各樣的干擾源，這些干擾源對系統(tǒng)的可靠運行往往會產生不利，甚至會產生意想不到事，更有甚者的是造成整個系統(tǒng)的癱瘓和無法 工作運行，導致實驗生產設備的損壞和事故的發(fā)生，因此，測控系統(tǒng)的抗干擾防范措施在整個系統(tǒng)的設計中占有舉足輕重的位置。本設計增加了如耦合電路、后備電 源監(jiān)測系統(tǒng)、印刷電路板等硬件抗干擾設計，減少干擾源對系統(tǒng)的可靠運行所帶來的不利影響。

　　3　系統(tǒng)通信流程及軟件的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)中的應用軟件是根據系統(tǒng)功能要求設計的，總的原則主要從以下幾方面考慮：

　?。?）根據軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個相對獨立的部分。根據它們之間的聯(lián)系和時間上的關系，設計出合理的軟件總體結構，使其清晰、簡 潔、流程合理;（2）采用結構化程序設計，各功能程序實行模塊化、子程序化。既便于調試、鏈接，又便于移植、修改;（3）建立正確的數學模型。根據功能要 求，描述出各個輸入和輸出變量之間的數學關系，它是關系到系統(tǒng)性能好壞的重要因素;（4）為提高軟件設計的總體效率，以簡明、直觀的方法對任務進行描述， 在編寫應用軟件之前，繪制出程序流程圖。這不僅是程序設計的一個重要組成部分，而且是決定成敗的關鍵部分;（5）合理分配系統(tǒng)資源，其中最關鍵的是片內內 存分配。分配時應充分發(fā)揮其特一長，做到物盡其用;（6）加強軟件的抗干擾設計，提高計算機應用系統(tǒng)的可靠性。根據以上設計原則，軟件設計采用模塊結構， 整個軟件包括主程序、采樣子程序數據處理子程序、顯示子程序等模塊。

根據以上原則要求設計了系統(tǒng)的軟件程序流程圖如圖8所示：

　　圖8　控制程序流程圖

　　4　測試結果及分析

　　對所設計的電路的V /F轉換的性能進行了測試，結果如圖9所示。

　　圖9　V /F轉換測量對比值

　　通過示波器觀察，每秒鐘50 000個脈沖，即轉換頻率為50 kHz。由測試結果圖可知此次VF轉換滿足了高分辨率和較低的非線性度的要求，分辨率可達16位，線性誤差《0. 2 %，轉換頻率可達50 kHz。

　　5　結論

　　本次設計應用V /F轉換器實現(xiàn)高分辨率AD轉換，具有較高的滿刻度頻率響應、低功耗和較低的非線性度等特點，廣泛應用于儀器儀表對溫度的控制中，滿足對設定溫度控制穩(wěn)定 性的要求。在系統(tǒng)設計中采用CPLD實現(xiàn)頻率計數功能，是數字系統(tǒng)精確測量頻率一種方法：在采樣時間內同時對標準頻率信號和被測頻率信號計數。采樣完成 后，把二者的計數值相比，再乘以標準頻率就可以得到被測頻率的精確值。