现代控制系统中控制对象可能是复杂、分散的,而且往往是并行、独立工作的,但整体上它们是相互关联的有机组合。因此,控制信号的时序逻辑则要求更加精确。CPLD单片机为控制系统提供了技术支持,由CPLD和单片机组成的多机系统具有逻辑控制方便,时序精确,并行工作,人机接口友好等优点。因此,本文提出了一种基于CPLD与单片机控制的多路精确延时控制系统的设计方案。
单片机+CPLD的多路精确延时控制系统是一种现代控制系统中的重要技术,它解决了复杂、分散并行工作的控制对象的精确时序逻辑需求。在这样的系统中,控制信号的时序逻辑要求非常高,因为各个独立工作的部分需要以精确的时间间隔相互协调。CPLD(Complex Programmable Logic Device)与单片机的结合提供了这种精确控制的可能性。
CPLD是一种可编程逻辑器件,能够根据设计需求灵活地配置其内部逻辑,用于实现复杂的时序逻辑和控制功能。在这个系统中,CPLD被用来产生多路同步时钟信号,这些信号作为多个单片机的系统时钟,确保所有单片机在同一时钟周期内工作。CPLD通过对24 MHz高精度晶体振荡器的二分频,得到50%占空比的时钟信号,满足单片机对时钟脉冲的高精度要求。
单片机,例如文中提到的AT89S52A和AT89C2051,是微控制器,它们负责执行特定的控制任务。AT89S52A具有8 KB的Flash存储器,256字节RAM,以及多种外设接口,可以处理按键检测、计时基准信号输出和系统提示声音等功能。而AT89C2051则作为输出控制单元的核心,具有2 K字节的Flash存储器,用于执行时间调整、显示和信号输出等任务。
系统设计的主要指标包括:输出多路10 ms正脉冲信号,每个信号的时间可以独立调节并显示,时间调整范围从1 μs到199 μs(微秒级)和1 ms到199 ms(毫秒级),精度分别为1 μs和1 ms。此外,系统还提供计时基准信号和工作状态提示声音,由9 V电池供电。
在硬件电路设计中,主控单元包括电压模块(将电池电压转换为稳定的5 V电源)、CPUO单元(使用AT89S52A单片机)和CPLD同步控制模块(使用EPM7032SLC44)。输出控制单元由n个AT89C2051单片机组成,它们并行工作,各自独立处理一个输出通道的延时控制。
系统的时序逻辑通过CPLD进行同步,以保证各个输出信号的精确时序。例如,当外部按键提供启动信号时,系统会通过软件去抖动处理来消除按键操作的不稳定因素,然后由CPLD产生同步计时启动信号。在计时脉冲的驱动下,系统根据设定的延时输出相应的控制信号。
系统原理框图展示了电源稳压单元、主控单元(包含CPUO和CPLD)、以及多个输出控制单元的工作关系。每个单元都有明确的功能分配,确保了整个系统的高效运行和精确控制。
这种基于CPLD和单片机的多路精确延时控制系统利用了CPLD的灵活性和单片机的计算能力,实现了对复杂控制系统的精确时序控制,满足了现代控制系统对并行、独立和精确时序逻辑的需求。