CPLD在万能试验机控制器中的应用

　　0　引言

　　随着微电子技术的迅速发展,它不仅在成本方面得到很大的下降,而且在应用方面得到很大的普及,本系统针对万能试验机特性,控制器采用CPLD为核心芯片,极大提高了万能试验机的性能。

　　1　系统工作原理及其设计方案

　　(1)系统工作原理

　　万能试验机广泛用于我国的钢铁、建材、冶金、化工等行业,其特点是可以实现一般钢材及其它金属材料之拉伸、压缩、弯曲及剪切等试验,亦可做一般木材,工程塑料,水泥及混凝土等压缩及弯曲试验,是工业发展的主要测试设备之一。其控制系统工作原理如图1所示。该系统要求达到相应的GB228—87国家标准,标准对金属材料拉伸试验规定:“测定规定非比例伸长应力、规定残余伸长应力和规定总伸长应力时,弹性范围内的应力速度应符合表1规定,并保持试验机控制器固定于这一速率位置上,直至该性能测出为止;测定屈服点和上屈服点时,屈服前的应力速率也按表1规定,至该性能测出为止,测定下屈服点时,平行长度内的应变速率应在0、00025~0、0025之间,并尽可能保持恒定”。

　　(2)方案的选择

　　本系统有光电编码器、压力传感器、变形传感器、A/D、D/A等外部器件,由普通的单片机实现需要很多的扩展芯片,同时限于单片机的时序性强的特点,它很难同时实现这些功能,这样往往会降低系统精度。所以,在该系统中考虑采用CPLD芯片来处理系统的各位部分信号。其优点:高速(一般芯片频率至少几十兆,甚至上百兆),能满足上述精度要求;采用数字电路实现,抗干扰性好;能把另一模块(光电编码器的辩向电路)集成至该芯片中,省掉了许多其它的元件,减少了线路版的体积,同时也减少了成本;在不改变原系统功能的情况下,增添其它系统功能。

　　2　模块设计

　　(1)逻辑设计

　　整个芯片包括三个模块,其中有光电辩向计数器模块、数据库模块、接收发送模块。

　　(2)光电辨向计数器设计

　　该模块以D=B“1000-0000-0000”为基本点,上下表现为正负,来实现电路辨向。具体描述可如下所示:

　　其模拟时序如图2, A和B是相差90度的光电信号,这里为了方便,采用图2的模拟方式, D [0:11]是十二位计数的输出, RESET是复位信号,线A的左边是加区, [A, B]是减区, B的右边是复位区。

　　(3)接收发送模块设计

　　该模块以固定的串行数据格式传送、接收数据,一个数据或字符需10位。为了能正确的操作,选取每位数据应把包含4个时钟周期。在异步传送时,由于没有同步信号,因此模块必须提供同步信息,下面就数据接收作简单地介绍: