一种基于CPLD的16位VFC式AD转换器设计

率计电路

　　在本系统中， CPLD采用美国XIL INX公司生产的XC95108CPLD （复杂可编程逻辑器件） ，其片内有108个宏， 2 400个门，频率可以达125 MHz，引脚间延时715 ns，供电电压5 V或313 V的在系统可编程器件，其可供用户使用的I/O口数在64个以上。

　　XC95108采用FLASH编程工艺，可反复擦写，所设计的电路如图6所示。

　　由于输入的信号是交流信号而CPLD （可编程逻辑器件）和施密特触发器是数字芯片，不识别负信号，需将输入交流信号变为直流信号，用两个电阻实现电压钳位功能，钳位后的信号经7414 （施密特触发器）整形为方波后直接输入CPLD 对其计数。

　　由于CPLD可以实现高速响应，可以实现准确计数。

　　频率计测得的数据为此系统的AD转换结果，转换精度受基准晶振和AD652的V /F满刻度时的量程的影响，由于CPLD 的基准晶振选用的是20MHz的高精度晶振。设计的AD 转换频率为50kHz，所以在计数周期内基准晶振脉冲个数为400，CPLD因为随机时间出现的误差仅为一个脉冲，而AD652的满刻度频率高，可达 1MHz，所以精度可达到几千分之一。

　　图6　基于CPLD的频率计电路原理图

　　2. 5　单片机控制电路

　　控制部分采用凌阳SPEC061A 单片机。

　　SPCE061A是凌阳科技新推出的一个16位结构的微控制器，它在2. 6～3. 6 V工作电压范围内的工作速度范围为0. 32～49. 152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。2 K字节SRAM和32 K字闪存ROM仅占一页存储空间， 32位可编程的多功能I/O端口;两个16位定时器/计数器; 32 768 Hz实时时钟;低电压复位/监测功能; 8通道10位模- 数转化输入并具有自动增益控制功能的麦克风输入方式：双通道10位DAC方式的音频输出功能等。SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种最经济的 应用。

　　在本系统中， SPCE061A主要实现CPLD信息读取，键盘接口和显示模块控制等功能。

　　图7　单片机结构框图

　　2. 6　显示接口设计

　　在显示方面，由于LCD （L iquidCrystalD ISp lay）具有以下特点：

　　（1）低工作电压，低功耗。

　　（2）显示柔和，字迹清晰。

　　（3）不怕强光照射，光照越强，对比度越大，显示效果越好。

　　（4）体积小，重量轻，平板型。

　　（5）可靠性高，寿命长。

　　因此本设计采用128 ×64的图形点阵液晶显示器来显示频率流量信息，液晶采用4行显示，显示信息丰富，可以满足不同用户的需求。同时，该液晶采用串口传输数据，每秒刷屏一次，节约了单片机的资源，为今后的继续开发和升级打下基础。

　　2. 7　其它辅助抗干扰措施

　　一般来说，测控系统的功能设计与制作并不复杂，功能设计不过的是系统设计的起点，系统能否在运行过程中准确无误地实现这些功能才是系统设计的关 键。由于实际工作环境中存在各种各样的干扰源，这些干扰源对系统的可靠运行往往会产生不利，甚至会产生意想不到事，更有甚者的是造成整个系统的瘫痪和无法 工作运行，导致实验生产设备的损坏和事故的发生，因此，测控系统的抗干扰防范措施在整个系统的设计中占有举足轻重的位置。本设计增加了如耦合电路、后备电 源监测系统、印刷电路板等硬件抗干扰设计，减少干扰源对系统的可靠运行所带来的不利影响。

　　3　系统通信流程及软件的实现

　　系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，总的原则主要从以下几方面考虑：

　　（1）根据软件功能要求，将系统软件分成若干个相对独立的部分。根据它们之间的联系和时间上的关系，设计出合理的软件总体结构，使其清晰、简 洁、流程合理;（2）采用结构化程序设计，各功能程序实行模块化、子程序化。既便于调试、链接，又便于移植、修改;（3）建立正确的数学模型。根据功能要 求，描述出各个输入和输出变量之间的数学关系，它是关系到系统性能好坏的重要因素;（4）为提高软件设计的总体效率，以简明、直观的方法对任务进行描述， 在编写应用软件之前，绘制出程序流程图。这不仅是程序设计的一个重要组成部分，而且是决定成败的关键部分;（5）合理分配系统资源，其中最关键的是片内内 存分配。分配时应充分发挥其特一长，做到物尽其用;（6）加强软件的抗干扰设计，提高计算机应用系统的可靠性。根据以上设计原则，软件设计采用模块结构， 整个软件包括主程序、采样子程序数据处理子程序、显示子程序等模块。

　　根据以上原则要求设计了系统的软件程序流程图如图8所示：

　　图8　控制程序流程图

　　4　测试结果及分析

　　对所设计的电路的V /F转换的性能进行了测试，结果如图9所示。

　　图9　V /F转换测量对比值

通过示波器观察，每秒