基于CPLD的溫度自動控制系統的研制

1.2 功率控制部分

常見的功率控制有兩種方法：一是調功，通過控制單位時間內加在功率器上的正弦波的波頭數來控制功率;二是調相，通過控制可控硅的導通角，來控制導通時加在功率器上的電壓幅值，實現對功率器的精確均勻控制。由于方法二可以均勻精確的控制功率，并能夠對功率進行微調，使得被控對象的溫度平滑地到達設定值，因此在本系統中選擇方法二。其控制電路的電路框圖如圖3所示，圖中方框內的硬件部分由CPLD器件實現，具有簡潔，性能可靠等特點。

圖3 溫度控制電路框圖

利用調相法控制功率，必須隨時知道并記錄220V市電的相角，從而準確的控制導通時刻。在傳統的控制系統中一般利用模擬鎖相環電路提取市電的同步信號，但加大了電路構成的復雜程度。在本系統中省去了模擬鎖相環器件，簡化了電路結構。硬件電路描述如下：

(1)采用變壓器將220V市電轉換為同步的峰值為5V的正弦波電壓信號，然后經過過零比較器把正弦波電壓信號轉換為占空比1：1的50HZ方波信號。

(2)50HZ的方波信號通過邊沿檢測電路得到同相的100HZ的窄脈沖信號，其邊沿檢測電路原理圖如圖4所示。

圖4 邊沿檢測電路

(3)8位計數器對25KHZ的頻標信號進行計數，計數器具備一個上升沿清零端，該端的接入信號為(2)中得到的100HZ的窄脈沖，該窄脈沖以頻率100HZ對計數器清零，使得計數的開始時刻為50HZ市電信號的過零處，從而保證嚴格同步。具體信號時序關系如圖5所示。

(4)8位計數器的計數值輸入到數字比較器中，與單片機設置的預定值進行比較：當計數值小于等于單片機輸入的預定值時，數字比較器的輸出端輸出為高電平。當計數值大于單片機輸入的預定值時，數字比較器的輸出端輸出為低電平。這樣輸出周期性的與市電半波同步的方波信號去控制可控硅的導通角，通過改變單片機輸入值的大小可以方便的調節可控硅的導通角，準確地高精度地實現功率調節。

圖5 信號時序關系圖

從該部分硬件結構的組成特點可以看出，其組成核心是由可重新配置特點的CPLD器件 MAX7128構成。MAX7128為高性能可擦除器件，采用第二代多陣列矩陣(MAX)結構，可用門數為2500門，宏單元數為128，邏輯陣列塊數為8，通過標準的JTAG接口，支持在系統可編程(ISP)。它實現了控制部分的核心功能，其它的電路都屬于輔助電路。因此系統在結構上具有典型的開放性，這對實現軟件的開放是一個很好的支持。