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。

　　在本系統中， SPCE061A主要實現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：

　　（1）低工作電壓，低功耗。

　　（2）顯示柔和，字跡清晰。

　　（3）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。

　　（5）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，節約了單片機的資源，為今后的繼續開發和升級打下基礎。

　　2. 7　其它輔助抗干擾措施

　　一般來說，測控系統的功能設計與制作并不復雜，功能設計不過的是系統設計的起點，系統能否在運行過程中準確無誤地實現這些功能才是系統設計的關 鍵。由于實際工作環境中存在各種各樣的干擾源，這些干擾源對系統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生，因此，測控系統的抗干擾防范措施在整個系統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 源監測系統、印刷電路板等硬件抗干擾設計，減少干擾源對系統的可靠運行所帶來的不利影響。

　　3　系統通信流程及軟件的實現

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

　　（1）根據軟件功能要求，將系統軟件分成若干個相對獨立的部分。根據它們之間的聯系和時間上的關系，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）合理分配系統資源，其中最關鍵的是片內內 存分配。分配時應充分發揮其特一長，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定 性的要求。在系統設計中采用CPLD實現頻率計數功能，是數字系統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。