### STM32单片机与FPGA在毕业设计中的应用：基于单片机CPLD的调压电路设计
#### 引言
随着微电子技术的快速发展，嵌入式系统在现代社会的应用越来越广泛，其中单片机和现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA）作为两种重要的硬件平台，在众多领域发挥着关键作用。本文旨在探讨一种基于STM32单片机和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，简称CPLD）的调压电路设计方法，该设计可以应用于各类工程项目的毕业设计中。
#### STM32单片机简介
STM32是意法半导体公司推出的一系列基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。它具有高性能、低功耗的特点，并且提供了丰富的外设接口，如USART、SPI、I2C等，使得开发者能够方便地进行外围设备的连接与控制。此外，STM32还支持多种电源管理方式，可以根据不同的应用场景灵活配置工作模式。
#### FPGA技术概述
FPGA是一种高度可定制的集成电路，通过编程实现特定功能。相较于传统的ASIC（Application Specific Integrated Circuit），FPGA具有更高的灵活性，可以在不改变硬件的情况下通过软件重新配置实现不同的逻辑功能。这种特性使得FPGA非常适合于快速原型验证、算法加速以及数字信号处理等领域。
#### CPLD与FPGA的区别
尽管CPLD和FPGA都属于可编程逻辑器件，但它们之间存在显著差异：
1. **架构不同**：CPLD通常采用基于查找表的结构，而FPGA则更多地依赖于可编程互连结构。
2. **适用场景**：CPLD更适合于简单的控制逻辑或小型系统设计，而FPGA则更适合于大规模数据处理或复杂的系统集成。
3. **编程方式**：CPLD一般采用非易失性存储器进行编程，断电后仍能保持原有状态；而FPGA通常使用SRAM作为配置存储器，需要外部存储器提供配置信息。
#### 调压电路设计原理
在本设计中，调压电路主要用于将输入电压调整到目标值。核心思想是利用STM32单片机结合CPLD来实现对电压的精确控制。
1. **模拟信号采集**：通过STM32内置的ADC（模数转换器）采集实时电压值。
2. **数据处理与控制**：STM32根据采集到的数据进行PID（比例积分微分）运算，并输出相应的PWM（脉冲宽度调制）信号。
3. **CPLD逻辑控制**：CPLD接收STM32输出的PWM信号，控制功率MOSFET的导通与截止，从而调节输出电压。
4. **反馈环路**：通过反馈电路将输出电压值再次送回STM32，形成闭环控制系统，确保输出电压稳定。
#### 设计实施步骤
1. **硬件选型**：选择合适的STM32型号和CPLD型号。
2. **电路设计**：设计包括电源管理、信号调理在内的外围电路。
3. **程序编写**：
- 使用Keil或IAR等IDE进行STM32的软件开发。
- 使用VHDL或Verilog HDL语言编写CPLD的控制逻辑。
4. **系统调试**：进行单元测试和整体测试，确保各部分功能正常。
5. **性能优化**：通过调整PID参数等方式优化控制效果。
#### 结论
通过将STM32单片机与CPLD相结合，我们成功实现了基于单片机CPLD的调压电路设计。该设计不仅提高了系统的灵活性和适应性，而且能够实现对输出电压的精确控制。对于从事电子工程领域的学生而言，这是一个非常有价值的毕业设计项目，不仅能够提升他们的实践能力，还能帮助他们更好地理解现代电子系统的设计过程和技术要点。
STM32单片机和CPLD在调压电路中的应用展示了现代电子技术的强大功能，为未来的工程实践提供了新的思路和方向。
