基于CPLD和ISA总线的数据采集系统设计
加入技术交流群
1．2 8254可编程定时器电路
8254可编程定时器内部具有3个独立的16位减法计数器，它可由程序设置成多种工作方式，有6种可选工作方式。计数器按照设置各工作方式寄存器中控制字工作，按十进制计数或二进制计数，最高计数速率可达10 MHz。
该数据采集系统需要由8254提供AD转换电路的时钟信号和片选信号，通过改变8254的控制字改变数据采集系统的转换频率。8254定时器的输入时钟由外部晶振提供。定时器和定时器的输出信号直接送入可编程逻辑器件XC9572，经处理后提A／D转换电路使用。上位机写入的控制字经ISA总线送至8254，同时XC9572给8254提供必要的控制信号，如：8254读／写信号、片选信号、地址信号等。
假设系统的外部时钟为2 MHz，如果需要8254的定时器0输出一个频率为l MHz，占空比为50％的时钟，则8254的定时器控制字可设置为：D7～D0=00110110,其中，D7D6=00，表示选择定时器；D5D4=11，表示先读／写低8位，后读／写高8位数据；D3D2Dl=011，表示工作方式3，方波发生器；D0=0，表示二进制计数。
1．3 A／D转换电路
A／D转换电路完成数据采集和转换，主要包括MD转换和模拟信号采样两部分电路。
8通道模拟采样开关ADG508用于采样模拟信号。由CPLD送来的通道选择信号(CH0～CH2)用于选择输入的通道号。被选通的通道采样得到的模拟信号送给ADS7816的IN+端，进行AD转换，如图3所示。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/191750.htm
A／D转换电路采用TI公司的ADS7816，该器件是12位串行A／D转换器，采样频率高达200 kHz，转换所需时间短，转换精度高，输出形式为位串行，因此在对ADS7816进行读数据操作时需注意数据转换过程中的时序。
图4是ADS7816的数据转换时序。当ADS7816的片选端下降沿到来时，开始启动一次A／D转换，保持转换时钟输入和片选信号低电平，最初的1．5～2个时钟时间里，完成模拟信号的采样，这段时间ADS7816的输出呈高阻状态(HI-Z)。紧接着的1个时钟周期里，DOUT输出1个空位(NULL BIT)。随后，ADS7816在12个连续的时钟周期内把12位的A／D转换结果输出，其中先输出最高位(MSB)，最后输出最低位(LSB)。如果12位数据送出后仍有转换时钟且ADS7816的片选仍保持低电平，那么转换器会从最低位起逐位重复输出之前转换的结果。当下一个片选信号的下降沿到来时，A／D转换器开始启动下一次A／D转换。
2 系统软件设计
系统软件设计包括基于VHDL的逻辑控制程序设计和基于C语言的上位机采集测试程序设计。
2．1 VHDL程序设计
系统设计硬件中，可编程逻辑器件完成的内容有：接收上位机的地址和数据，为模拟开关提供通道选择信号，为A／D转换电路提供时钟信号和片选信号，接收ADS7816转换的数据，向上位机传送转换结果。
从图4中可得到ADS7816在片选信号下降沿到来后的14．5～15个时钟周期里，完成一次转换并逐位输出12位转换结果。为了能够得到完整的正确的A／D转换结果，采用计数方式设置标志位FLG。在ADS7816的片选信号为低电平的前15个时钟周期中，即“计数器计数值≤14”时，FLG=l，表示A／D转换正在进行；当“计数器的计数值>14”，则FLG=0，表示A／D转换结束。当FLG=0时，程序可读取一次正确的A／D转换数据。
因为ADS7816的数据转换结果是串行输入到CPLD中，需在CPLD中将得到的数据进行串并转换后再通过ISA总线的8位数据线分2次送出。
系统进行数据转换前需先选择输入通道，确定采集哪一路信号。上位机输入的通道号经CPLD送至8路模拟采样开关。
评论