基于MCU+CPLD结构的智能测控仪表的开发

　　1 引言

　　智能仪表以微机或单片机为核心，以计算机控制理论为基础，通过 A/D、D/A 芯片采集信号以及将 MCU处理后的控制信号转换为模拟信号输出，并且可以通过网络接口实现仪表与仪表甚至仪表与计算机的联网，使得很多先进控制理论和控制方法在自动化仪表中的应用成为可能。与传统仪表相比，智能仪表具有功能强、精度高、操作简单、扩展性强等特点。智能仪表主要由微机系统、测控通道、人机通道、通信接口和仪表软件等部分组成。

　　2 MCU+CPLD结构的智能仪表概述

　　智能仪表卞要由单片机、人机交4., CPLD、信号输入、信号输出以及串日通信这些模块组成，如图1所示。

　　其中单片机包括89C52、复位电路以及扩展的带EEPROM 存储器的看门狗 X5045P。

　　人机交互包括上下两排各 4 位数码管以及 5 个按键，其与单片机之间通过 ZLG7289 连接。

　　CPLD 用作其他几个模块与单片机的连接通路。

　　输入信号包括 8 路模拟电压信号以及交流过零信号。8 路电压信号经过 CD4051 的选通以及运算放大器的放大进入 A/D 转换器 ICL7135 或 MAX187，经转换后将结果送往单片机。交流过零信号通过过零检测电路产生过零脉冲，经 CPLD 送往单片机。

　　输出信号包括可控硅、继电器和 4~20mA 标准电流信号。这 3 种输出均通过 CPLD 与单片机连接。

　　串口通信有两种方式：利用 RS232 的单机通信以及利用 RS485 的多机通信方式。其电平转换芯片分别为 MAX232 和 MAX487。它们同样也是通过 CPLD 与单片机相连。

　　3温度控制系统

　　3. 1系统总体设计

　　本温控系统卞要由月‘泡温度检测、环境温度检测、外部可控硅调功、继电器报警以及PC机通信部分组成，控制系统的框图如图2所示。

　　(1)系统分析

　　整个系统以智能仪表为核心，智能仪表主要完成4 个功能：采样灯泡温度以及环境温度，通过 PID 等算法计算控制量，将控制量输出到外部可控硅以进行交流调功控制灯泡温度，与 PC 机通信。

　　采样灯泡温度是利用热电偶将其转换为电压信号，再利用智能仪表的 ICL7135 将电压信号进行 A/D 转换得到数字量。

　　环境温度的检测是利用LM35芯片将温度值转换为电压值，同样通过 ICL7135 进行 A/D 转换。

　　PID 计算是利用智能仪表内部的单片机编制计算PID 的程序，将灯泡温度与设定温度之差作为误差，从而计算出控制量。

　　控制量的输出是指用可控硅实现交流调相调功，以控制灯泡温度。智能仪表内部自带一个小功率的可控硅 MOC3081，不能直接用于控制灯泡，必须在外部再接一个功率比较大的可控硅，利用小可控硅控制大可控硅，利用大可控硅控制灯泡。另外，为了实现交流调相法调功，还需要利用智能仪表检测过零信号。