1导言
SoC（System on Chip）是将来电路规划的一个趋势，因为CPLD（Complex Programmable Logic Device）芯片密度不断增加和新一代EDA（Electronic Design Automatic）开发东西的运用，运用CPLD器材完结SoC已成为或许，而单片机与CPLD之间的通讯和合作办法亦成为现在单片机运用的一个抢手方向。
经过水流、气流的喷发和循环以到达按摩成效并具有一些辅佐功用的按摩浴缸已经成为时髦产品，而现在市场上的一般产品往往选用在浴缸中装置机械式阀门，并在浴缸外表配以手动的开关、旋钮来完结比如背部、脚部及其他部位的出水按摩作用，这样的办法一来用户运用不便利，二来装置难度增加，三者保护本钱高。
在新式的按摩浴缸产品中，为了满意高端用户的需求，往往归纳了水泵、气泵、加热器、电控阀门、灯火、收音机、消毒、电话等设备的操控，而操控部分通常会选用价格低廉、功用强大的各种8位单片机产品。因为单片机I/O端口的数量约束，在输入输出的数量较多的情况下，假如直接运用单片机的I/O端口会构成单片机数量的增加以及体系规划的难度增加，一起还会构成体系的本钱增加。
依照新式按摩浴缸的模型规划，需操控的输出包含水泵1路、气泵1路、加热器1路、电控阀门12路、灯火6路、消毒泵1路，共22路输出，别的还包含了毛病检测（19路）及液位检测（2路）共21路输入。在单片机尚要统筹键盘、LCD显现及遥控器的情况下，直接运用其I/O端口明显是不现实的。经过引进CPLD的规划能够处理上述多输入输出的操控问题。
2 CPLD介绍
ATF1508AS是ATMEL公司出产的电可擦写、可在线编程的逻辑电路器材，它内含128个逻辑宏单元，能够经过LogicDoubling技能进行逻辑功用规划的扩展，能够灵敏地完结用户规划的要求。
ATF1508AS共有84个管脚，其间61个管脚可作为I/O运用，彻底能够满意上述新式浴缸的操控要求。图1是ATF1508AS的组成示意图。
图1 ATF1508AS的组成示意图
3 CPLD运用开发
CPLD的规划办法包含电路原理图法、Verilog编程、VHDL编程等，本规划中选用电路原理图的规划办法，下面阐明相关规划进程。
明显CPLD是处于单片机与驱动操控电路之间的接口部分，独自将它笼统出来，则其输入输出框图如图2所示：
图2 CPLD输入输出框图
3.1 输出部分规划
因为前述新式浴缸模型中有22路输出，所以输入信号应规划五位地址输入线（25＝32》22）以满意输出数量的要求，别的相应的操控信号线还包含复位、时钟及输出开关操控信号共三个。明显，对输出部分来说，CPLD的功用类似于5线－22线的译码器，但因为输出信号之间要求彼此不能影响，所以在译码器的基础上需增加触发器以完结上述要求，一起还需参加相应输出设备的开关操控信号。
5线－22线译码器是用两片4线－16线译码器74154扩展而成的（剩余的输出不必）， 关于4线－16线译码器74154来说，它有两个片选信号操控端G1N和G2N，只有当G1N和G2N都为逻辑“0”时，74154芯片才干正常译码。运用G1N进行两片74154的扩展，再运用G2N作为输出设备的开关操控信号刚好能够满意规划需求。扩展后的译码器电路能完结5线－32线的译码，能够满意22路输出的要求，因为输出设备存在多路一起输出的组合，经过在译码器的输出端增加多个双二输入JK触发器7474能够完结这一功用。剖析JK触发器的特性方程：Qn＋1＝J ＋ Qn可知，当
（1） J＝1，K＝0时Qn＋1＝1；对应于相应设备封闭；
（2） J＝0，K＝1时Qn＋1＝0；对应于相应设备敞开；
（3） J＝K＝0时Qn＋1＝Qn；对应于相应设备坚持原开关状况；
（4） J＝K＝1时Qn＋1＝ 。（实践上该种组合因电路规划的原因不存在）
针对图3所示的电路，经剖析可知，左半部分的电路用于操控输出设备的敞开，而右半部分的电路操控输出设备的封闭，且因为各个输出设备的操控码不同，所以不存在抵触的问题。输出部分的规划占用了CPLD的30个I/O端子，其间8个I/O端子用于与单片机的衔接，别的22个I/O端子经过驱动操控电路与相应设备衔接。
关于规划完结的输出操控部分来说，其与单片机衔接的8位数据格式及相应界说如下：
CLRN CLK G2N G1N A B C D
CLRN：复位信号（低电平有用）
CLK：时钟信号（上升沿有用）
G2N：输出操控信号（“0”：开，“1”：关）
G1N、A、B、C、D：地址码输入
3.2输入部分规划
3.2.1 毛病检测部分规划
该部分是针对浴缸操控器中关于毛病检测的功用进行规划的，它的信号来自各相应设备的毛病检测电路，并规则“1”表明设备产生毛病，“0”表明设备正常。对毛病检测的输入部分来说，CPLD相当于一个多路数据挑选器。运用两片16选1数据挑选器74150能够扩展成32选1数据挑选器，然后满意19路毛病检测信号输入的要求。详细的完结办法是运用74150的片选端EN作为扩展端，关于74150来说，只有当EN为逻辑“0”时，数据挑选器才干正常作业，规划电路如图3所示。毛病检测输入部分的规划占用了CPLD的27个I/O端子，其间6个I/O端子（5个地址码端子，1个挑选输出端子）与单片机衔接，其他21个I/O端子经过接口电路与毛病检测电路衔接。
3.2.2 液位检测部分规划
液位检测是新式浴缸体系正常作业的一个重要组成部分。液位检测包含浴缸液位检测和消毒液液位检测两个部分，其间浴缸液位是否到达预订水位是体系中水泵、气泵等设备敞开的必要条件，而消毒液液位是否高于正常方位也是体系能否正常消毒的充分条件。
实践规划中经过两个非触摸式液位开关检测相关液位，液位开关的输出为规范的TTL电平信号，并规则“1”表明液位到达设定值，“0”表明液位未到达设定值。假如浴缸液位未到达设定值，则体系会提示加水信息，假如消毒液液位低于设定值，则体系会提示增加消毒液。
关于规划完结的输入操控部分来说，其与单片机衔接的6位数据格式及相应界说如下：
Yselect：数据挑选输出
A0、A1、A2、A3、A4：地址码输入
3.3 CPLD的烧录
上述关于CPLD输入输出功用的规划是运用MaxplusII东西进行的，规划完结后得到的结果是*.pof文件，运用Pof2Jed东西将*.pof 转换为 *.jed 文件， 然后运用 AtmIsp 东西将相应的*.jed烧录到CPLD中，就完结了整个CPLD芯片的规划、完结进程。
图3 CPLD 规划示意图
4 CPLD的运用作用［1］［2］
4.1 输出设备操控
在所有的操控设备中，除了气泵、多路水阀及灯火以外，其他均是简略的开关操控。现在以气泵及灯火的操控阐明CPLD的运用作用。
4.1.1气泵操控
依据气泵电机的组成原理，经过实践测验，能够经过PWM调理完结气泵的调速，而用单片机完结不同的脉冲输出或PWM波形是十分简略的功用，详细的电路衔接示意图如下图所示。
经过试验，咱们完结了气泵的无极调速。下面是典型的脉冲波形输出示意图。
4.1.2灯火操控
一般情况下，浴缸中装置三个彩灯及三个白灯，均是由高亮度发光二极管构成，彩灯依照红、篮、绿三色由2个、3个、2个共7个发光二极管组成，白灯由7个白色发光二极管组成，要求白灯能够完结亮度的操控，彩灯能够完结几种不同周期循环状况的操控。
白灯亮度的操控选用操控不同发光二极管组合的办法完结，亮度共分7级，别离对应相应数量的白灯点亮，详细完结时，将白灯分红三组：第一组1个白色发光二极管，第二组2个白色发光二极管，第三组4个白色发光二极管，经过这三组白色发光二极管的组合就能够完结7级亮度的调理。
彩灯循环状况的操控选用脉冲式输出的办法完结，合作守时器及外围增加逻辑或门的办法能够详细完结彩灯循环的操控。
4.2 输入设备操控
4.2.1 毛病检测操控
毛病检测是本文作者针对新式多功用浴缸提出的一种全新功用，它一方面能够提示用户关于体系毛病的信息，另一方面，也为浴缸出产厂家的保护人员供给了全面的检测、修理信息。
如前所述，毛病检测的信号来自各相应设备的毛病检测电路，并规则“1”表明设备产生毛病，“0”表明设备正常。在软件完结的进程中，首先要树立一个设备与地址A4－A0的对应表，然后守时轮询CPLD的相应端子，收集毛病检测信息，并依据相应的信息进行显现及驱动蜂鸣器报警。一起软件体系还会存储累积的设备毛病次数，以便利厂家剖析毛病原因。
4.2.2 液位检测操控
体系呼应按键操作需进行关于水泵、气泵、加热器、阀门的启动时，均会先行收集液位开关的输入状况，并依据收集的信息判别是进行设备敞开操作，仍是显现过错提示。
5 结束语
本文作者的立异点在于将单片机操控与CPLD的运用归纳在新式浴缸的规划和出产进程中。从以上CPLD的实践运用作用能够总结出，运用CPLD不光能够简化操控电路的规划，并且能够获得安稳、牢靠的操控作用，一起还下降了体系开发的本钱，彻底到达了规划要求。能够预见的是，跟着CPLD芯片密度的进一步进步，必定会将单片机及CPLD的规划参加SoC，以构成愈加专用的SoC体系，进一步下降产品的出产本钱，并进步体系的保密性。
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