CPLD在生物检测仪中的应用

　　1　引言

　　在生物检测仪的设计中,需要对多个步进电机进行精确控制,对多路模拟信号进行高速数据采集,并对采集数据和电机控制有严格的时钟同步要求,考虑到这些特性,我们采用了TI公司的TMS320LF2407DSP芯片作为主控芯片。由于系统中采集的A/D数据量较大,DSP片内RAM不够,因而在外部扩展了一个64K SRAM CY7C1021,由于计算过程中需要用到标定参数,这些参数标定以后一般不再改动,因而应该保存在EEPROM中,所以采用了一块32K的8位并行EEPROMAT28LV256。为了解决DSP芯片的有限的数字I/O口和外部扩展RAM、EEPROM及数量众多的LED灯显示之间的矛盾,我们采用了两片CPLD,一片用来地址译码,产生控制信号控制外部RAM、EEPROM和LCD模块,另一片则专门负责LED面板上22个LED灯的显示控制。

　　2　CPLD芯片介绍及选择

　　CPLD作为一种复杂的用户可编程逻辑器件,由于采用连续连接结构,易于预测延时,从而使电路仿真更加准确。加上使用方便的开发工具,使用CPLD器件可以极大地缩短产品开发周期,给设计修改带来很大方便。本设计采用了CYPRESS公司的Ultra3700系列CPLD芯片,该系列芯片具有在线可重编程能力(ISR),通过JTAG接口进行重配置,对管脚分配和时序无影响,属于高密度CPLD,有32到512个宏单元,32到264个I/O管脚,并有3.3V和5V的两种不同芯片选择。在本系统中,由于DSP输出为3.3V电压,因而我们选用了3.3V的器件。系统中一共用了两片CPLD,分别是有64个宏单元和100管脚的C37064VP100及有32个宏单元和44管脚的C37032VP44。

　　3　系统总体设计

　　在系统中,有两片3.3V电压的CPLD芯片,其中在DSP主板上的是C37064VP100,它负责产生控制信号,控制外部RAM、EEPROM、LCD模块及LED组的使能信号。

　　图1中的双向信号总线LCD_DATA和输出信号LCDOUT_E及LCDIN_E用于控制LCD模块的读写。RAM_CS是外部数据RAM的片选信号,EE_CS是外部EEPROM的片选信号,选择不同的使能信号,使DSP的8000H之后的数据空间分别映射到RAM或者EEPROM。其余五个输出使能信号用于控制LED面板上五组LED灯的显示。另一片C37032VP44在键盘和LED显示灯PCB板上,负责键盘对LED灯的控制。

　　图3中的控制LED显示的CPLD输出信号共五组,分别和图2中的各个LED组相对应,其中WAVE1_LED和WAVE2_LED对应于波长选择下的各7个LED,MODE_LED对应读数模式下的3个LED,一个预留,STATUS_LED对应状态显示的4个LED,PLATE_LED对应检测位置中的3个LED,一个预留。该片CPLD对DSP主板上送来的使能信号和数据D0~D3进行译码,分别控制每组LED的显示。

4　CPLD的硬件实现

　　采用Cypress Warp综合软件;Cypress Warp是CPLD和FPGA的VHDL综合软件,可用于CPLD的装配和FPGA的布局布线。硬件描述语言采用VHDL。VHDL是随着可编辑逻辑器件(PLD)的发展而发展起来的一种硬件描述语言。作为一种硬件设计时采用的标准语言,VHDL具有极强的描述能力,能支持系统行为级、寄存器传输级和门级三个不同层次的设计,这样设计师将在TOP-DOWN设计的全过程中均可方便地使用同一种语言。而且,VHDL设计是一种“概念驱动式”的高层设计技术,设计人员毋需通过门级原理图描述电路,而是针对目标进行功能描述,由于摆脱了电路细节的束缚,设计人员可以专心于设计方案和构思上,因此设计工作省时省力,加快了设计周期,并且工艺转换变得轻松。