基于CPLD和单片机的多光谱数字相机下位机设计

ByElmer1

摘要：介绍一种基于单片机和cpld结合的多光谱CCD相机下位机系统的设计实现.利用
9 {0 K3 I- y( h  FCPLD扩展多光谱相机下位机的输出控制端口.分别用图形输入法和VHDL硬件编程语言作为
CPLD的输入方式,使之成为一个多用途I/O端口扩展芯片，既简化了电路设计,减小了电路尺寸，
3 L& v! S# u, k, i2 [降低了电路功耗，又便于修改配置,非常适合于多光谱遥感相机下位机系统应用.
  e. h7 k0 h/ W关键词：多光谱;下位机;CPLD;I/O口扩展
0引言
3 P$ h  D) Z  B: ]- D8 [多光谱数字遥感相机已经逐渐成为航空以及航
天对地观测的重要手段.下位机系统是多光谱数字
相机的重要组成部分,通常完成多光谱相机与其载
$ g) I8 \' @5 S) j2 _体之间的通信以及对多光谱相机进行必要控制的功
3 z) D4 `! _1 p3 i能[12].通常的下位机系统多由单片机以及外围芯
片组成,为了完成所需的功能，下位机还必须扩展大.
: C2 {9 S  t; O+ Q量的I/O端口.通常都用8255和8155等芯片来扩
展I/O端口,但是这些芯片体积庞大,并且每片最
7 C! m' h2 \/ p: I+ R多只能扩展三个8-bit I/O口,当需要的控制端口较
8 m# f' x% v# [6 O# Z多时,不得不用多个这种专用芯片,造成电路复杂，
控制不便,而且增大了电路的功耗、体积和重量。为
0 a) k/ A, y  ~+ j# f; D6 S了提高系统的智能性、可靠性和实用性，本文提出.
采用CPLD作为接口扩展芯片,大大减少了所用芯
# J+ f; \' F0 t  g! G片的种类和数量，缩小了体积，降低了功耗，提高
了系统的可靠性,加强了系统的整体性.
1系统设计
  q  |! A- t) C! R% X本下位机系统包括80C31单片机、存储器、RS-
9 O' D/ @1 y( O# d4 n4 Z232通信部分、模拟信号采集部分、增益控制、行频
控制、曝光控制、工作模式控制等几个部分。除了
RS-232通信接口和模拟信号采集端口与单片机的
* m6 [: l: R2 A1 l4 sI/O口直接连接外，其它输出控制接口均采用
CPLD进行扩展,也就是用一片CPLD代替了体积
% \( A' F" D4 I$ m7 B% k( n5 d庞大、数目繁多的外围接口芯片。系统原理框图见
图1.
9 s8 x+ n1 D, y! ^% {
1.1 系统硬件设计
. n+ e$ j, v3 C0 p( D下位机与上位机的通信是通过RS-232 通信部
/ k5 |$ c/ C: S分实现的. RS-232通信部分直接使用单片机提供
的串行通信端口TXD和RXD,为了达到CMOS电
平和RS-232电平的匹配,使用了MAX232A电平
0 c8 \, q8 u* L+ o+ i转换器件.通信协议规定为1个起始位,8个数据
' O/ A4 Y. R# J位、一个停止位共10位数据,波特率为9600bit/s.
+ i# J  Y/ @" y1 E5 i4 ?当需要执行控制命令或是需要查询相机状态时，上
6 D2 a2 |5 {; u/ s) O位机向下位机发送控制指令、控制参数或状态查询
1 P# ^5 D6 c- A5 ]) S9 i" [/ X指令;下位机完成指令工作后向上位机回送命令执
行状态以及多光谱相机当前工作状态.为了保证通
信指令和参数的正确,发送的每一.条指令前都加有
两个判断字节(为了防止错误判断,判断字节应选择
, N! T2 W' F+ B. Q, E" `0 d7 e在指令和参数中出现几率最小的值),若接收方接收
; [/ T* D0 q% u/ Z7 B$ J2 j到规定的这两个判断字节,并且判定无误,则认为后
面的指令和参数是有效的,否则认为这次通信无效，
并要求发送方重新发送本条指令和参数.下位机接
4 j* `& e2 ^6 Z1 w6 ~, C收到有效指令和参数后,根据要求执行相应的控制，
并且向上位机回送指令执行情况。
, v3 w1 \) q3 }% x模拟信号采集端口使用AD公司的AD775 8-
, |, E' A5 I% M" Ybit A/D转换器. AD775的输人端接有一片八选一
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通常都用8255和8155等芯片来扩展I/O端口