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
用VHDL语言写成，由CPLD硬件实现;单片机对CPLD芯片在线编程，
0 ?2 p9 S: R0 h( N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
对象和控制要求方便的改变CPLD算法，达到满意的控制效果。
9 l8 ], _1 b* w- [* k2 T- \5 J关键词: CPLD; 数字控制器; VHDL; 单片机
$ R6 f5 J- V4 ^0 r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
1 E, M) h4 B6 p# E5 X% V  _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
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，
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
) n9 }( W1 n7 x% W# A5 c" N旦出错，控制过程就将中断，可靠性不高。
' h3 U/ X* d4 ?6 L1 @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
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
逻辑器件FPGA/CPLD的出现，采用VHDL语言描述电路功能，
9 ?8 x2 x, K! e" f6 r: U利用CPLD硬件实现，组成了现代EDA工程的核心，也成为电子
5 U1 z$ r" ~6 `+ n# K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
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
! \3 A6 F& w0 p5 \& kCPLD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。
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
2 X  ~5 j* F6 |4 ?活的优点结合起来。
/ Z) D) o8 o4 u# Q" S. a本文采用的Altera公司的FLEX10K系列CPLD芯片采用
# b7 P# \- H3 Y6 `0 z- `; \SRAM工艺，可以实现在线编译配置功能;高达10,000 ~ 250,000
% a( u3 w( L' }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
警等功能。
2 P7 F* i4 w0 T  n1硬件电路
系统的硬件结构框图如图1所示。本系统采用8031单片机对
- s, g* F- {* ~9 yCPLD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
F_ ,DONE、DCLK 、nCONFIG 以及DATA[7... .0]共12个
; Z, q( J! p3 @6 ?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
INT1,以及时响应配置CPLD中出现的情况。外接程序存储器采用
) O9 ?0 U# ]4 q4 v27C512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
CPLD芯片交换参数数据，所以扩展了一片8255可编程并行I/O
2 t9 R+ ?3 j& D芯片，片选、A1. A0 分别接到单片机的P2.7、P2.6 和P2.5;键.
9 Y" \: @3 l' j- Y盘和显示电路采用标准的8279芯片键盘显示接口。单片机的
TXD、RXD引脚保留，如需要可以方便的扩展串行通信电路，与
: D& H( O, [3 C7 E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