基于CPLD的低功耗爆炸場溫度測試系統
加入技術交流群
1)電源管理及控制模塊：該模塊主要實現測試系統的電源管理及全局時鐘控制，從而達到降低功耗和控制各信號初態的目的。
2)時鐘分頻模塊：該模塊主要實現對從晶體振蕩器輸出到CPLD的時鐘進行分頻，從而得到A／D轉換器、存儲器和FIFO需要的時序。
3)編程觸發比較模塊：該模塊主要實現觸發溫度數字電平的編程，通過移位寄存器實現；數字比較部分是把A／D轉換結果和所編溫度數字電平值比較判斷觸發與否。
4)FIFO及存儲器地址模塊：該模塊主要實現生成FIFO和存儲器需要的地址，FIFO和存儲器的數據讀寫。
5)A／D時序產生模塊：該模塊主要實現A／D轉換器的CONVST／和讀信號的時序生成。
6)讀數模塊：該模塊主要實現讀數接口的邏輯連接控制，接收計算機發送的脈沖信號，以完成數據傳輸的目的。
2．2 溫度傳感器
在爆炸場等高溫、高壓、高沖擊的惡劣環境下采集瞬時溫度的動態變化對溫度傳感器要求很高，因此選用了美國NANMAC公司的E12鎢錸侵蝕熱電偶。該熱電偶瞬態溫度響應時間僅為幾百微妙，溫度范圍高達2 315℃，耐壓程度高達69 MPa，完全能夠滿足爆炸場溫度測試的需要。
熱電偶是利用導體或半導體材料的熱電效應將溫度的變化轉換為電動勢的變化，熱電偶回路中產生的電動勢差為：
NA、NB為材料A、B的電子密度；σA、σB為導體A、B的湯姆遜系數，K為波爾茲曼常數。
由于導體湯姆遜效應引起的電動勢差相比較小，常可忽略，因此當熱電偶的兩種材料的特性為已知時，一端溫度固定，則待測溫度T是電動勢的單值函數。為了使E12鎢錸熱電偶冷端溫度固定在0℃，本次設計采用了補償電橋法補償冷端的溫度變化。
2．3 電源管理模塊
由于溫度測試系統經常需要在惡劣的環境中工作，所需的能量都是靠一次性的高溫電池來供給，電量有限。而溫度測試系統往往要求測試過程很長，為了減小在測量過程中由于電量不足而使電路不能正常工作的可能性，就必須考慮測試系統低功耗的要求。因此設計了先進的電源管理模塊，即電路在需要工作時給其供電，在不需要工作時斷電，減小電路無效操作時功耗的比例。
為了減少不必要的損耗，采用了多路電源供電管理模式，分別為：VCC、VDD、VEE。VCC和CPLD相連接，存儲模塊部分、AD轉換部分由VDD供電，運算放大器、晶振由VEE控制。
本系統中選用雙通道電源開關芯片MAX894作為電源管理芯片，其供電范圍為2．7～5．5 V，關斷時消耗電流僅為0．1μA，兩通道全部打開是消耗電流約為17 μA。在本次設計中MAX894芯片輸入電源VCC=3．6 V，通過ONA／控制產生VDD=3．6 V，通過ONB／控制產生VEE=3．6V。 ONA／ONB／低電平有效，由CPLD內部控制。如圖3所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/190724.htm
電源管理模塊在CPLD內部的控制部分如圖4所示，ONON和OFF是電路模塊的開關，TC／是CPLD外接晶振的使能端，高電平有效。當電路上電后，ONON變為高電平，ONA變為高電平，ONAN變為低電平，電源管理模塊的VDD輸出有效，AD轉換部分和存儲模塊部分開始工作。由于晶振此時處于工作狀態，所以TC為低電平，ONBN也是低電平，電源管理部分的VEE輸出有效。當存儲器的存儲空間存滿后，晶振停止工作，TC變為高電平，ONBN也變為高電平，所以VEE輸出無效，運算放大器部分關閉。此時電路處于微功耗狀態，存儲器處于待讀數狀態。當存儲器中的數據被讀出后，電路可以關閉。此時除了CPLD，所有器件均被關閉。
評論