基于CPLD的低功耗爆炸場(chǎng)溫度測(cè)試系統(tǒng)

　　隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需要，溫度的測(cè)量和控制越來越受到人們的關(guān)注，對(duì)溫度的準(zhǔn)確采集及合理調(diào)控，將會(huì)對(duì)溫度要求較高的工作環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。尤其是在炸藥爆破等惡劣環(huán)境條件下對(duì)爆炸場(chǎng)溫度的分布規(guī)律的研究有助于為炸藥和相關(guān)彈藥的威力考核及分析提供依據(jù)。文中利用CPLD作為主控芯片，使用鎢錸熱電偶溫度傳感器并配以高效低功耗的測(cè)試電路對(duì)爆炸場(chǎng)溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　1．1 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)測(cè)試

　　所謂存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)，是指在對(duì)被測(cè)對(duì)象無影響或影響在允許范圍的條件下，在被測(cè)體內(nèi)置入微型存儲(chǔ)測(cè)試儀器，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)完成信息快速采集與存儲(chǔ)，事后回收記錄儀，由計(jì)算機(jī)處理和再現(xiàn)被測(cè)信息的一種動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)。

　　1．2 測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本次設(shè)計(jì)的溫度測(cè)試系統(tǒng)，主要是利用CPLD來實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器將外界溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號(hào)，通過模擬電路部分將輸入信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，再經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)化電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過FIFO存入存儲(chǔ)器，計(jì)算機(jī)通過接口電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。溫度測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。其中，A／D轉(zhuǎn)換器、FIFO、存儲(chǔ)器和電源管理模塊都是由CPLD控制。

　　圖1 鍵盤掃描電路VHDL描述流程圖

　　2 關(guān)鍵技術(shù)

　　2．1 主控芯片CPLD的選擇

　　在本次設(shè)計(jì)中使用Xilinx公司生產(chǎn)的XCR3128作為溫度測(cè)試系統(tǒng)的主控CPLD芯片。XCR3128有100個(gè)引腳，其中有76個(gè)I／O引腳，4個(gè)信號(hào)接口，4個(gè)全局時(shí)鐘，7個(gè)VCC，8個(gè)GND，1個(gè)PORT_EN；共包含128個(gè)宏單元，VCC為3．6 V，電流限制為200mA。XCR3128封裝小，功耗低，充分滿足了實(shí)際需要。

　　在本次設(shè)計(jì)中，控制部分主要由CPLD控制電路時(shí)序和工作模式的產(chǎn)生。控制功能圖如圖2所示，主要功能有：

　　1）電源管理及控制模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的電源管理及全局時(shí)鐘控制，從而達(dá)到降低功耗和控制各信號(hào)初態(tài)的目的。

　　2）時(shí)鐘分頻模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從晶體振蕩器輸出到CPLD的時(shí)鐘進(jìn)行分頻，從而得到A／D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器和FIFO需要的時(shí)序。

　　3）編程觸發(fā)比較模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)觸發(fā)溫度數(shù)字電平的編程，通過移位寄存器實(shí)現(xiàn)；數(shù)字比較部分是把A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果和所編溫度數(shù)字電平值比較判斷觸發(fā)與否。

　　4）FIFO及存儲(chǔ)器地址模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)生成FIFO和存儲(chǔ)器需要的地址，F(xiàn)IFO和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀寫。

　　5）A／D時(shí)序產(chǎn)生模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器的CONVST／和讀信號(hào)的時(shí)序生成。

　　6）讀數(shù)模塊：該模塊主要實(shí)現(xiàn)讀數(shù)接口的邏輯連接控制，接收計(jì)算機(jī)發(fā)送的脈沖信號(hào)，以完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/p>

　　圖2 控制功能圖