CPLD器件在單片機控制器中的使用

圖7是在CPLD器件內設計的一個8位計數器PWM波形發生器的示例。填入不同的計數初值，將在PWMOUT端相應輸出不同占空比的脈沖串(見圖8)。

圖6　數模轉換通道示意圖

圖7　8位計數器PWM波形發生器示例圖

圖8　脈寬調制波形比較圖

在圖7中，時鐘脈沖從P32引腳輸入，WRN是寫選通信號輸入端，PWMOUT是輸出端。

如果只使用CPLD器件，PWM波的周期和脈寬形成電路會比較復雜。結合單片機以后，PWM波形的周期就是單片機定時訪問該計數器的WRN信號的周期，脈寬由單片機通過數據總線(DATA0～7)填入的計數初值決定。減少了CPLD器件內可編程邏輯宏單元或邏輯塊數量的消耗。在圖6中，整形電路主要起限幅、隔離作用。限幅之后，使幅度保持一致，并加大脈沖的上升沿和下降沿的陡削度，保證后級轉換的電壓幅度主要取決于脈寬，減少附加誤差。

濾波電路影響到轉換的線性度，根據不同的課題要求，可采用無源濾波器、有源一階、二階低通濾波器。巴特沃茲型濾波器具有平坦的通帶幅頻特性，最適于本轉換電路方式的需要。以圖9所示巴特沃茲二階低通濾波器為例，其截止頻率fo為：

圖9　二階低通濾波器

截至頻率fo應該大于信號帶寬邊沿，但是要遠小于PWM信號的頻率。濾波器R，C的取值直接影響轉換后的紋波幅度和轉換速率，兩者對R，C的要求正相反，應均衡考慮。必要時，通過實驗選取合適的數值。

脈寬調制(PWM)波加低通濾波而實現數模轉換的電路，其精度主要取決于計數器的字長、PWM的頻率、低通濾波器的形式和元件選型。注意到這幾點，轉換效果令人滿意。本文以8位計數器舉例，實際應用中，考慮種種因素，一般采用10～14位計數器。

圖6中的功率放大級主要是把濾波器輸出的信號，以適當的放大、反饋形式，轉換成符合Ⅱ型儀表、Ⅲ型儀表規定的電壓、電流信號，或轉換成其他觸發控制信號，以便與被控對象連接，調節其工作狀態。

結語

CPLD器件的物理機制像74系列、CD4000系列集成電路那樣，純屬硬件電路，十分可靠。繁雜的開發工作是依賴功能強大的EDA軟件實現的，入門門檻較低，易于初學者上手。目前正被越來越多的設計者青睞，普及推廣只是時間問題。

隨著微電子技術的發展，相信CPLD器件會有長足的進步，可能會與微機日益緊密結合，以致兩者間界限模糊，你中有我，我中有你。

研制產品時，使CPLD器件與單片機的有機結合，不但縮短了開發周期，而且控制器配置靈活、修改方便、適應性強，加大了研制的自由度。容易滿足用戶的多元需求，從而爭得商機。