基于CPLD的多路数据采集系统的设计
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资料介绍：
摘? 要
目前，应用中的高精度数据采集系统在A／D转换之前有单级或几级前置放大，用于把传感器输出的微弱模拟信号放大到满足A／D转换要求。由于前置放大容易引起低频干扰和放大器漂移，因此系统采集的数据存在一定误差。应用这些系统对多个信号进行采集时，常规思路是使用多路模拟开关来选择需要检测的信号，由MCU控制模拟开关及A／D芯片，完成转换数据的处理。本文基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)与单片机设计了一种多路高精度数据采集系统。CPLD突出的特点是I／O资源丰富，工作频率高。选用单片机作为系统的MCU，可以大大降低系统成本。本设计将CPLD与单片机有效结合起来,用CPLD控制模数转换电路，完成多路模拟输入的高速同步数模转换，CPLD与单片机之间采用并行接口，最多可完成32路模拟数据的16位高速同步AD转换。该系统结构简单，运行稳定，便于维护。所采集数据具备良好的实时性，可采集通道数目多，同时系统具备较强的抗外界干扰能力，结构简单，可靠性好。该系统具有较强的可移植性，能够广泛应用于多路、高精度、低频数据采集的场合。
关键字： CPLD VHDL，Quartus II，Protel99
前? 言
数据采集系统是通过采样电路将输入的模拟信号连续信号转换成离散信号，并送入CPU、单片机或者DSP进行处理。将连续信号转换成离散信号进而转换成数字信号以适用于处理器的重要芯片是A／D转换器。工业上的数据采集系统大概分为四种类型：
(1)基于通用微型计算机(如PC)的数据采集系统：可以实现数据的采集，处理，显示，最后通过D／A转换送出去。系统有较强的软硬件支持，但在工业环境中系统的可靠性差，程序在RAM中运行，易受环境的干扰而破坏。
(2)基于单片机的数据采集系统：系统的开发必须借助于其他工具，但是系统运行可靠，RAM中的程序不易遭受破坏。用其可以处理微秒、毫秒级事件。
(3)基于DSP数字信号处理器的数据采集系统：其特点是，精度高，灵活性好，系统稳定，处理速度高，可以分时复用，但是价格比较高。
(4)基于混合型计算机采集系统：单片机和计算机通过标准总线连接而成，单片机和外围设备实现数据采集，而计算机主要实现人机对话的功能。
(5)基于CPLD的数字采集系统：CPLD可以实现高速的数据采集，可以处理纳秒级事件。基于采集的速率和价格的考虑，本文采用方案(5)。
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ＣＰＬＤ(Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ复杂可编程逻辑器件)是在传统的ＰＡＬ、ＧＡＬ基础上发展起来的。目前，ＣＰＬＤ已在通讯、ＤＳＰ及微机系统中有着非常广泛的应用，它不仅可使设计的产品小型化、集成化和稳定可靠，而且还具有在系统或在芯片直接编程的能力，从而使电子系统的设计、开发、更新与维护变得更为方便，更便于装配和批量生产。因此，利用ＣＰＬＤ可大大缩短设计周期，减少设计费用，降低设计风险。远程多路数据采集系统，不但需要较多的片选信号，而且模块测试所占用的Ｉ／Ｏ口资源也较多，用一般的芯片较难实现，而用ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ则不但可以较好地实现其功能，而且还可大大提高设计能力和设计效率。这一点，着重的体现了CPLD在远程多路数据采集系统中的广泛应用。
同时，本采集系统的模块设计，基于CPLD/FPGA技术的发展、VHDL语言的强大功能以及实效有用的可编程逻辑器件开发板的合理选择。在接下来的几个章节中，我们将分别介绍一下，该设计课题的理论准备工作，软硬件平台的搭建，以及详细的设计开发流程。