基于CPLD和ISA總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

摘要：介紹一種基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并給出詳細的設(shè)計方案。計算機通過ISA總線實現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的指令和數(shù)據(jù)傳輸。通過VHDL編程實現(xiàn)CPLD對12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS7816的控制。最后，給出該系統(tǒng)設(shè)計的仿真波形和測試結(jié)果。
關(guān)鍵詞：CPLD；數(shù)據(jù)采集；ISA總線；VHDL

數(shù)據(jù)采集是工業(yè)測量和控制系統(tǒng)中的重要部分。它是測控現(xiàn)場的模擬信號源與上位機之間的接口，其任務是采集現(xiàn)場連續(xù)變化的被測信號。系統(tǒng)應將所采集的模擬數(shù)據(jù)信號盡可能真實、不失真地顯示給控制人員。
隨著計算機技術(shù)和EDA技術(shù)的發(fā)展，由于復雜可編程邏輯器件(CPLD)具有高集成度、小體積、低成本、低功耗以及高穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點而廣泛使用到諸如傳統(tǒng)工業(yè)控制等各個領(lǐng)域?；?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/ISA">ISA的接口電路，其布線要求遠沒有PCI或USB接口板高。由于它能夠提供16位I／O操作，對I／O的直接讀寫可以完全不考慮復雜的驅(qū)動程序和應用程序，因而在ISA總線上開發(fā)接口電路目前仍是首先考慮的方法。因此，這里提出一種基于CPLD和ISA總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路主要包括：CPLD邏輯控制電路、8254定時器電路、A／D轉(zhuǎn)換電路。該系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖1所示。

1．1 CPLD邏輯控制電路
該系統(tǒng)使用XC9572作為主控器件。XC9572是一款高性能可編程邏輯器件，內(nèi)含4個36 v 18功能模塊，具有l(wèi) 600個可用系統(tǒng)門。ISA總線上的地址、控制指令和數(shù)據(jù)被送進CPLD，經(jīng)處理后送到相應電路中。由A／D轉(zhuǎn)換電路得到的數(shù)據(jù)也返回到CPLD進行處理，并經(jīng)ISA總線送至計算機中。
圖2為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的邏輯控制電路，Ul是數(shù)據(jù)緩沖器74HC245，由lSA總線的讀／寫信號(IOR／IOW)和板卡選擇信號(BSEL)決定數(shù)據(jù)的流向。比較器74LS688和XFl組成板卡選擇信號發(fā)生電路。通過在XFl上的跳線可確定采集系統(tǒng)板的基地址。該系統(tǒng)基地址設(shè)置為280H。

ISA總線上的讀寫信號，經(jīng)緩沖器的數(shù)據(jù)信號(LADO～LAD7)，地址信號(A0～A3)均與XC29572相連，CPLD發(fā)送A／D轉(zhuǎn)換器的片選信號(ADCS)、A／D時鐘信號(ADCLK)以及通道選擇信號(CHA0～CHA2)。