为实现对装药过程中实时温度的检测，设计了一套C8051F340单片机与时分复用技术进行数据采集和通信的多通道温度采集系统。实验验证了CPLD在进行分时控制时具有计时准确，门选电路设计方便，集成度高的优点，同时结合Silicon Laboratories公司提供的USBXpress开发工具使得单片机与计算机的USB通信实现变得极为简便。

LBHIDDEN[0]LBHIDDEN[这个贴子最后由jackzhang在 2003/09/13 10:55am 第 1 次编辑] CPLD型号：XC9572xl(XC9536XL也可能可以用，没有试过） FPGA型号：SPARTNII系列（要修改FLASH ROM的地址长度） FLAS ROM:29C010,29C020,29C040等 该代码已被多个产品验证，请放心使用

《专用键盘接口芯片的CPLD实现方案》 在单片机系统中，键盘子系统是数据输入的重要途径，尤其对于实时调试、数据调整和控制功能的实现至关重要。传统的键盘扩展方式，如直接使用I/O接口线或8255A接口芯片，虽然简单，但在高实时性要求的系统中，会占用大量单片机资源，影响效率。为此，专用键盘接口芯片如Intel8279被广泛采用，但它们在灵活性和特定功能实现上存在局限。本文针对这一问题，提出了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的专用键盘接口芯片设计方案。 CPLD是一种先进的数字集成电路，能够灵活地实现复杂的逻辑功能。通过CPLD，我们可以定制键盘接口芯片的内部结构，以满足特定需求。具体来说，该芯片需具备以下功能： 1. 键盘扫描和硬件去抖动：生成按键扫描时序，消除因机械按键抖动可能导致的误读。 2. 按键编码和中断处理：对数字键进行编码存储，功能键触发中断请求。 3. 数字键与功能键区分处理：数字键暂存，功能键直接引发CPU中断。 4. 与MCS-51兼容的接口：允许单片机读取存储的键码或功能代码。 5. LED显示接口：支持4位七段LED数码管的动态扫描显示。 在设计中，关键组件包括键盘扫描控制及编码电路、FIFORAM、扫描发生器和接口控制电路。键盘扫描控制采用环形计数器产生扫描信号，通过去抖动机制确保稳定读取。FIFORAM用于存储按键数据，扫描发生器同时控制LED显示。接口控制电路则负责识别CPU读取请求，并根据地址信号线A1和A0选择输出数据。 为了实现这些功能，我们需要详细描述和设计芯片核心部分的状态机。例如，键盘扫描的时序设计可以通过状态图表示，包括扫描、去抖动和按键保持等状态。状态转移逻辑基于输入变量（如按键状态和去抖定时器）和输出变量（如扫描使能和编码启动）进行控制。 图3所示的状态图描绘了键盘扫描的典型过程，通过状态S0到S6的转换，实现按键检测、去抖动和保持。这种设计思路可以转化为具体的硬件逻辑，如图4所示，利用6位循环移位寄存器H3实现状态的实时更新。 CPLD提供的可编程逻辑使得设计出更加高效、灵活且定制化的键盘接口芯片成为可能。通过这样的方案，我们可以优化单片机系统的资源利用，提升系统响应速度，同时满足用户特定的键盘交互需求。

采用这种结构的PLD芯片有：Altera的MAX7000，MAX3000系列（EEPROM工艺）,Xilinx的XC9500系列（Flash工艺）和Lattice,Cypress的大部分产品（EEPROM工艺） 乘积项结构PLD，全称可编程逻辑器件，是一种高度灵活的数字逻辑设计工具，广泛应用于单片机系统和复杂可编程逻辑设备（CPLD）中。这种结构允许设计者通过编程来定制器件的逻辑功能，以满足特定的应用需求。在本文中，我们将深入探讨基于乘积项的PLD的逻辑实现原理，并通过实例解析其工作方式。 让我们了解这种结构的典型代表，包括Altera的MAX7000和MAX3000系列，它们采用了EEPROM工艺；Xilinx的XC9500系列，使用了Flash工艺；以及Lattice和Cypress的许多产品，同样基于EEPROM工艺。这些PLD芯片的共同特点是它们都基于乘积项结构来实现逻辑功能。 乘积项结构的PLD主要由三个核心部分组成：宏单元（Macrocell）、可编程连线（PIA）和I/O控制块。宏单元是PLD的基础构建模块，能够执行基本的逻辑运算。在图1中，蓝色部分表示多个宏单元的集合。可编程连线负责信号的传递，将宏单元相互连接。I/O控制块则对输入输出的电气特性进行管理，如集电极开路输出、摆率控制和三态输出等功能。 每个宏单元内部包含一个乘积项阵列和一个可编程D触发器。乘积项阵列是一个与或阵列，每个交叉点的可编程熔丝决定了信号的“与”逻辑。而乘积项选择矩阵则是一个“或”阵列，这两个部分结合可以实现任意的组合逻辑。可编程D触发器的时钟和清零输入可以自由配置，既可以从全局信号源获取，也可以由内部逻辑（即乘积项阵列）生成。如果不需要触发器，可以绕过它，直接将信号输出到PIA或I/O引脚。 为了更好地理解PLD的工作原理，我们可以分析一个简单的逻辑电路，例如图3所示的电路，其中输出f = (A + B) * C * (!D)。在PLD中，这个逻辑可以被分解为两个乘积项f1 = A * C * (!D) 和 f2 = B * C * (!D)。A、B、C和D的输入经过PIA产生相应的反变量，然后通过可编程熔丝阵列形成f1和f2的与逻辑。通过或门将这两个乘积项相加，实现f的逻辑功能。D触发器的实现则直接利用宏单元内的可编程D触发器，其时钟信号通过全局时钟通道直接连接到触发器的时钟端。 对于更复杂的电路，单个宏单元可能无法满足需求。这时，可以通过并联扩展项和共享扩展项将多个宏单元连接在一起，宏单元的输出还可以连接到PIA，作为其他宏单元的输入。这样的设计使得PLD能够处理复杂的逻辑表达式，具有很高的灵活性。 基于乘积项的PLD通常采用非易失性存储技术，如EEPROM或Flash，这使得器件在电源断电后仍能保持其编程状态，无需外部存储芯片的支持。因此，这些PLD在系统上电时即可立即投入工作，为工程师提供了极大的便利。 总结来说，乘积项结构PLD通过其特有的宏单元、可编程连线和I/O控制块，结合与或阵列和可编程D触发器，实现灵活的逻辑设计。这种结构使得设计者能够快速、高效地实现各种复杂的数字逻辑功能，广泛应用于嵌入式系统和数字电路设计中。

【超声波测厚系统设计】 超声波测厚技术在工业生产中扮演着重要角色，尤其在无损检测领域，它能够精准地测量工件的厚度而不对其造成任何损伤。本文着重介绍了一种基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的超声波测厚系统的构建和工作原理。 **超声波测厚原理** 超声波测厚的基本思想是利用超声波在材料中的传播特性。脉冲反射法是最常见的测厚方式，它测量超声波脉冲在材料中往返传播的时间。超声波从探头发射，穿过被测物体，到达底部后反射回来，被探头再次接收。通过计算这个时间差，结合超声波在材料中的传播速度，可以计算出物体的厚度。公式为：d = vt / 2，其中d为被测物体的厚度，v为超声波速度，t为超声波往返的时间。 **CPLD在超声波测厚系统中的应用** CPLD在该系统中主要负责测量控制和数据处理。系统包含触发信号产生、发射接收放大、放大检波、采样峰值保持、模数转换、液晶显示和CPLD运算及控制等模块。当系统开始测厚，CPU发出同步信号触发发射电路，超声波由探头发射，返回后经过一系列电路处理，最终通过模数转换器将模拟信号转变为数字信号，再由CPLD进行数据处理，结果显示在液晶显示屏上。 **温度补偿** 为了提高测量精度，系统采用了温度补偿技术，以校正因温度变化导致的超声波传播速度的变化。这使得系统能够在各种环境下提供实时、可靠的测量数据。 **软件程序设计** 系统软件主要包括初始化、校正、探伤和测厚处理程序。初始化阶段，设置好堆栈指针、显示单元、缓冲区地址等。根据手动开关选择，系统会进入相应的处理程序。测厚程序设计中，使用12位ADC确保高精度，并通过CPLD实现数据采集和处理，包括触发信号生成、计数器操作、回波检测等。 **总结** 基于CPLD的超声波测厚系统实现了硬件结构简化、工作稳定、测量误差小的目标。通过集成的软件和硬件设计，系统能够有效地进行超声波测厚，特别适用于如钢板等重要工程材料的厚度检测，保障了工程的安全性和可靠性。这种系统设计对于提升工业生产效率和产品质量检测水平具有重要意义。

使用VHDL进行CPLD/FPGA电路设计时，要根据实际项目的具体情况，合理地划分项目功能，并用VHDL实现相应的功能模块。用模块来构建系统，可有效地优化模块间的结构和减少系统的冗余度，并在模块设计过程中始终贯彻以上的优化设计原则，借助于强大的综合开发软件进行优化，才能达到最优化电路的目的。 在电子设计领域，CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）是两种常见的可编程逻辑器件，它们能够根据设计师的需求进行灵活配置，实现各种复杂的数字电路功能。VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种广泛应用于数字系统设计的硬件描述语言，它允许设计师以类似于高级编程语言的方式来描述电路的行为和结构。 在使用VHDL进行CPLD/FPGA设计时，首先要根据项目需求合理划分功能模块。将整个系统分解为多个独立的子模块，每个子模块负责特定的功能，这样可以增强模块间结构的清晰度，减少冗余，提高设计的可读性和可维护性。此外，通过模块化的思想，可以更好地应用复用原则，减少资源浪费。 VHDL的设计过程包括行为描述、RTL（Register Transfer Level）描述和门级描述。这种多层次的描述方式使得设计者可以从抽象级别到具体实现逐步细化，有利于优化电路。在实际设计中，可以利用诸如Altera或Lattice提供的强大开发工具，它们内置的综合器能自动将VHDL代码转化为适合目标器件的逻辑结构。 电路优化是设计的关键环节，主要分为面积优化和速度优化。面积优化旨在最大化CPLD/FPGA的资源利用率，以最小的硬件资源实现最多的功能。而速度优化则关注设计的执行速度，有时会牺牲一部分硬件资源以换取更高的处理速度。在实际工程中，通常需要在两者之间找到一个平衡点，特别是在满足实时性要求的系统中。 在VHDL电路优化设计中，可以采取以下策略： 1. 串行设计：将原本需要在一个时钟周期内完成的并行操作拆分为多个时钟周期，通过时间上的复用来减少硬件资源的使用。例如，在超声探伤数据采集卡的设计中，通过串行化处理，实现了数据的实时压缩，减少了CPLD的宏单元（Micro Cell）使用，但相应地牺牲了部分处理速度。 2. 避免不必要锁存器：不恰当的VHDL语法可能导致锁存器的生成，降低电路速度。设计者应避免在代码中引入无意义的锁存器，确保逻辑反馈的正确性，以提高编译效率和电路性能。 3. 使用状态机简化电路描述：状态机模型可以清晰地描述系统的运行流程，减少逻辑复杂性，同时有助于优化资源分配。 4. 资源共享：通过合理安排模块间的交互，避免重复使用相同的硬件资源，提高资源利用率。 在上述超声探伤数据采集卡的设计案例中，通过采用串行设计和防止不必要锁存器的产生，成功地减少了CPLD的资源消耗，同时保证了系统的实时性要求。这些优化技术对于任何CPLD/FPGA设计都是至关重要的，它们直接影响到设计的成功与否以及产品的性能表现。因此，深入理解和熟练运用VHDL语言以及相关的电路优化策略，是现代电子设计工程师必备的技能。

FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）是两种常见的可编程逻辑设备，它们在数字电路设计中被广泛使用。了解FPGA和CPLD的分类和区别对于工程师选择合适的器件进行电路设计至关重要。以下是根据结构特点和工作原理对FPGA与CPLD进行分类及辨别的详细知识点。 根据器件内部逻辑实现的方式，可以将CPLD定义为乘积项结构方式构成逻辑行为的器件，这包括如Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列等。与之相对的，FPGA则是以查表法结构方式构成逻辑行为的器件，如Xilinx的SPARTAN系列、Altera的FLEX10K或ACEX1K系列等。 从结构特点来看，CPLD适合于实现各种算法和组合逻辑，而FPGA更适合完成时序逻辑。这是因为CPLD的触发器有限，乘积项较多，而FPGA的触发器丰富，适合于触发器结构丰富的设计。 在时序控制方面，CPLD的连续式布线结构决定了其时序延迟均匀且可预测，而FPGA的分段式布线结构导致延迟不可预测。这种时序特性的差异对于设计工程师而言十分重要，尤其是在对时间敏感的应用中。 编程方面的灵活性差异是FPGA和CPLD另一重要区别。CPLD通常是通过修改逻辑块内部固定的内连电路来编程，而FPGA则可以通过改变内部连线的布线来编程。FPGA允许在逻辑门级别编程，而CPLD则在逻辑块级别编程。这种灵活性让FPGA在逻辑实现上更加复杂和强大。 在集成度方面，FPGA通常具有比CPLD更高的集成度，这使得FPGA可以实现更复杂的布线结构和逻辑功能。但与此同时，CPLD因其编程相对简单、采用E2PROM或FASTFLASH技术，不需要外部存储器芯片，使得其使用更为方便。 CPLD的速度一般比FPGA快，并且具有更好的时间可预测性。这是因为CPLD采用逻辑块级编程，逻辑块之间是集总式互联，而FPGA使用门级编程和CLB之间的分布式互联，导致了时序的不可预测性。 在编程方式上，CPLD主要基于E2PROM或FLASH存储器编程，具备高达1万次的编程次数，并且断电后编程信息不会丢失，而FPGA则大多数基于SRAM编程，编程信息在断电时会丢失，每次上电时需要从外部存储器重新加载数据。然而，FPGA的优势在于可以编程任意次，并且可以在工作中快速编程，实现板级和系统级的动态配置。 在保密性方面，CPLD由于其内部存储机制，保密性较好，而FPGA由于可重编程的特性，保密性相对较差。但FPGA的设计可以通过特定的加密方法来提高其安全性。 一般来说，CPLD的功耗要高于FPGA，且随着集成度的提高，功耗差异愈加明显。因此，在设计时对于功耗有严格要求的应用场景，CPLD可能不是最佳选择。 FPGA和CPLD虽然都是可编程ASIC器件，但它们在结构、编程方式、保密性、功耗等多方面都有显著差异，这些特点决定了它们在不同应用场合的适用性。了解和掌握这些知识对于电路设计工程师来说是至关重要的，以确保选择最合适的器件满足项目需求。

FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）都是集成电路领域的可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计中。两者虽然都提供了灵活的设计方案，但它们在结构、工作原理、应用领域以及特性上存在显著差异。 从结构上看，CPLD通常采用乘积项结构，即由多个可编程逻辑阵列（PLA）组成，这些阵列可以组合成复杂的逻辑功能。这种结构使得CPLD在处理组合逻辑和算法方面表现出色。例如，Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列都是典型的CPLD产品。 相比之下，FPGA采用查找表（Look-Up Table, LUT）结构，通过配置查找表实现逻辑功能。FPGA的结构更为复杂，包括可配置逻辑块（CLB）、输入/输出单元（IOB）和内部连线资源，如Xilinx的SPARTAN系列和Altera的FLEX10K或ACEX1K系列。这种结构使FPGA在实现时序逻辑和触发器丰富的设计时更具优势。 在工作原理上，CPLD通过修改固定内连电路的逻辑功能进行编程，而FPGA则主要通过改变内部连线的布局来实现不同的逻辑。CPLD的连续式布线结构导致其时序延迟相对固定且可预测，适合对时序要求严格的场合。相反，FPGA的分段式布线结构会导致时序延迟难以精确预估，更适合需要高度灵活性的设计。 在编程方式上，CPLD多采用非易失性存储器如E2PROM或FASTFLASH，编程次数较多，且在系统断电后编程信息不会丢失。CPLD可选择在编程器上编程或在系统中编程。而FPGA通常使用易失性SRAM进行编程，需要在每次上电时从外部加载编程数据，支持快速配置和板级动态更新，但牺牲了编程信息的持久性。 在性能方面，CPLD因为其结构特点通常速度较快，时序可预测性更强，而FPGA的灵活性和更高的集成度使得它在处理复杂逻辑和大规模设计时更胜一筹。然而，FPGA的功耗通常高于CPLD，特别是在高集成度的应用中。此外，CPLD的保密性优于FPGA，对于一些需要保护知识产权的设计，可能更倾向于选择CPLD。 FPGA和CPLD各有优劣，选择哪种器件取决于具体应用的需求，包括性能、功耗、成本、设计复杂度和可编程性等因素。设计师需要根据项目需求权衡这些因素，以确定最合适的可编程逻辑解决方案。

本文详细介绍多路信号采集系统的实现方案、组成结构及其特性。整个采集系统完成对13路模数混合信号的采样,采样精度为12位,每路信号采样频率不低于12.5kHZ。系统包括模拟开关、测量放大器、AD转换器、CPLD中心逻辑控制器、掉电数据保存单元,系统实现了通过CPLD编程完成与计算机串口间异步串行通信功能。 《多路信号采集器的硬件电路设计》 在现代电子技术中，数据采集系统扮演着至关重要的角色，尤其是在复杂环境下的监测与分析。本文详细阐述了一种多路信号采集器的硬件设计方案，该系统能够对13路混合信号进行高效、精准的采样。其核心特性在于12位的采样精度和每路至少12.5kHz的采样频率，充分满足了实时数据捕获的需求。 系统架构包含以下几个关键组件：模拟开关用于选择不同的输入信号；测量放大器用来提升信号质量，确保微弱信号的有效检测；AD转换器将模拟信号转化为数字信号，以便于后续处理；CPLD（复杂可编程逻辑器件）作为中央逻辑控制器，负责协调各个部分的工作，并通过编程实现与计算机的异步串行通信；而掉电数据保存单元则确保在电源中断时数据的安全。 硬件设计方面，系统被划分为四个主要部分。首先是系统框图，系统设计考虑了1路速变模拟信号、8路缓变模拟信号和4路数字信号，满足不同速度和类型的信号采集需求。信号调理设计环节，运用LM324运算放大器进行信号比例变换，确保信号适应AD转换器的输入范围。模拟开关ADG506因其快速响应和低泄漏特性，成为多通道切换的理想选择。AD7492作为采样芯片，其高速、低功耗和12位精度特性确保了信号采集的精确性。 存储电路设计是另一大重点，通过对不同类型信号的采样率和存储需求的计算，选择了合适的SRAM来存储数据。通过巧妙的通道分配和数据采集策略，实现了速变信号与缓变信号的高效交错采样，以满足高采样率的要求。同时，CPLD的使用使得系统能够实现与计算机的异步串行通信，遵循标准的帧格式，包括起始位、数据位和停止位，且采用9600bps的波特率，确保了数据传输的稳定性和准确性。 总结来说，该多路信号采集器的硬件电路设计综合运用了多种电子元件和技术，旨在实现对多类型信号的高效、精准采集，并具备与计算机的可靠通信能力。这一设计不仅适用于科研领域，也在工业生产和武器研制等众多场景中有着广泛的应用潜力。通过优化硬件配置和精心的系统集成，该设计有效地解决了多通道、高速度、高精度数据采集的挑战，为实时监控和数据分析提供了强大的硬件基础。

导读： 本文从仪器仪表应用领域对温控的需求方面出发，设计了具有高精度、低温漂的16位AD转换电路。模拟输入电压为0 - 100 mV，通过精准的放大和偏置后送给AD652进行V /F变换，转换出来的频率信号由CPLD进行测量，结果送交控制器，产生16位AD转换结果。 本文探讨了基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的高分辨率16位AD转换电路设计，该设计主要应用于仪器仪表领域的温控需求。在这一领域，高精度和低温漂移的AD转换电路至关重要，因为它直接影响到测量和控制的准确性。 在设计中，模拟输入电压范围为0 - 100 mV，首先通过精密放大和偏置电路，将输入信号调理到适合AD652 V/F转换器的范围。AD652是一款高性能的V/F转换芯片，它将电压信号转换为与其成正比的频率信号。转换后的频率信号由CPLD进行测量，CPLD作为一个高速计数器，能够精确地计算出频率，然后将结果传递给控制器，最终产生16位的AD转换结果。 系统架构包含三个主要部分：电压采样部分、模拟-数字转换部分和控制部分。电压采样部分使用精密基准源，例如AD586和OPA333，确保极高的精度和低温漂移。模拟-数字转换部分由电压放大及偏置电路（使用ICL7650运算放大器）、V/F转换模块（AD652）和计数转换模块（CPLD）组成。控制部分则采用单片机，如凌阳的SPEC061A，负责整个系统的协调和数据处理。 在硬件设计上，重点在于精密测试基准源和电压放大及偏置电路。基准源使用AD586和LM336，以保证稳定的电压参考，通过分压和电压跟随技术实现0 - 100 mV的精确电压输出。电压放大及偏置电路中，ICL7650运算放大器用于放大输入电压并进行偏置，以适应V/F转换器的要求。 V/F转换电路是AD转换的核心，AD652的输出频率与输入电压成比例，这种转换方式精度高、线性度好，适用于要求中等转换速度和高分辨率的应用。CPLD的使用提供了高计数频率，增强了系统的灵活性，避免了对特定器件的依赖，降低了系统风险。 本文详细介绍了一个基于CPLD的高分辨率AD转换电路的设计过程，涉及到精密电子器件的选择、信号调理、V/F转换以及CPLD的运用，这些知识点对于理解和设计类似高精度AD转换系统具有重要的指导意义。通过这样的设计，可以实现对微小电压变化的精确测量，满足仪器仪表领域对温控等高精度应用的需求。