第六章船舶cpld课件.ppt

1、船舶船舶CPLDCPLD功能介绍功能介绍主讲人：杨学友主讲人：杨学友 教授教授第六章第六章 船舶船舶CPLDCPLD功能介绍功能介绍本章主要内容：本章主要内容：序序 项目背景项目背景1.1.CPLDCPLD主要功能主要功能2.2.RAMRAM的读写时序的读写时序3.3.单片机和单片机和CPLDCPLD的接口的接口4.4.TMS320F2812TMS320F2812和和CPLDCPLD的接口的接口序序 项目背景项目背景大型船舶设备震动的危害大型船舶设备震动的危害现有测量设备的局限：单个测量设备无现有测量设备的局限：单个测量设备无法整体测量设备的震动，测量实时性法整体测量设备的震动，测量实时性本项

2、目的优越性本项目的优越性 1）实时性）实时性 2）分布式）分布式 3）稳定性（设计保障）稳定性（设计保障）处理单元原理图处理单元原理图处理单元组成及简介模拟信号采集：电流源传感器，信号放模拟信号采集：电流源传感器，信号放大及滤波：得到干净的并且适合大及滤波：得到干净的并且适合AD采集采集的信号。的信号。1010K带宽，介绍放大器的输带宽，介绍放大器的输入阻抗及软件补偿。入阻抗及软件补偿。模数转换：将模拟信号转换为数字信号，模数转换：将模拟信号转换为数字信号，便于数字处理。（便于数字处理。（PIC单片机单片机AD40k）CPLD桥接功能桥接功能DSP处理及传输部分处理及传输部分通信部分：通信部分

3、：DSP-CAN总线总线-PC机，单机，单片机之间的片机之间的I2C总线。总线。6.1 CPLDCPLD主要功能主要功能船舶项目中的船舶项目中的CPLD主要功能是实现单主要功能是实现单片机、片机、DSP、RAM之间的互联。相当于之间的互联。相当于“桥桥”（总体功能）。（总体功能）。实现实现8个采集单片机向个采集单片机向RAM1顺序写传感顺序写传感器采集数据，写到器采集数据，写到16384 x 8后，通过中后，通过中断通知断通知DSP接收数据。接收数据。实现实现DSP读读RAM1中的采集数据。中的采集数据。实现实现DSP读写读写RAM2中的数据。中的数据。CPLDCPLD功能图功能图常见的几种常

4、见的几种RAMRAM静态SRAM，异步方式，分为数据线，地址线，读写及片选控制线。常用型号：cy7c1021（64 k x 16）cy7c1041(256k)同步静态SBSRAM：基于流水线技术，所有信号和时钟同步，写数据没滞后，读数据12时钟周期滞后，控制线包括时钟等（ZBTSRAM是SBSRAM的简化）动态SDRAM：基于时钟，地址线复用，容量大，控制复杂。现代DSP、高级单片机包括SDRAM控制器（对于用户相当于SRAM）。6.2 RAM的读写时序的读写时序1.由于单片机和由于单片机和DSP都要对都要对RAM进行操进行操作，所以这里通过作，所以这里通过CPLD实现的核心任实现的核心任务就

5、是务就是RAM的读写。的读写。2.RAM的操作接口线包括：的操作接口线包括：.8根数据线根数据线D08.16根地址线根地址线A015 .3根控制线：读根控制线：读RD、写、写WR、片选、片选CS，都是低电平有效。都是低电平有效。RAMRAM原理图原理图RAMRAM的读时序的读时序需要注意的地方！需要注意的地方！顺序：产生地址顺序：产生地址片选有效片选有效产生读信产生读信号号读信号上升沿读取数据读信号上升沿读取数据D07；由于由于DSP和单片机共用数据线和地址线，和单片机共用数据线和地址线，故故A015，D07在有效前后必须是高在有效前后必须是高阻态，即此时需要总线隔离。阻态，即此时需要总线隔离

6、。必须在读信号的上升沿读取数据。必须在读信号的上升沿读取数据。读操作由读操作由DSP实现，实现，DSP时序自动实现时序自动实现 上述操作（类似上述操作（类似8051的读写时序）。的读写时序）。RAMRAM的写时序的写时序 单片机写单片机写RAM1RAM1将地址放到地址总线，即打开地址将地址放到地址总线，即打开地址发生器的输出使能发生器的输出使能OE=1；。；。片选信号有效（可以让它一直有效，片选信号有效（可以让它一直有效，但这样耗电且不太安全）。但这样耗电且不太安全）。将数据放到数据总线。将数据放到数据总线。单片机产生写信号，产生上升沿。单片机产生写信号，产生上升沿。即：即：WR=1；WR=0

7、;WR=1。关闭地址发生器：关闭地址发生器：OE=0；地址发生器原理图单片机原理图单片机原理图单片机数据顺序传输单片机数据顺序传输接收接收PC机的同步采集命令，同时启动机的同步采集命令，同时启动8个个AD转换器转换器第一片单片机传输数据完成后，使用中第一片单片机传输数据完成后，使用中断通知第二片，。直到最后一个单断通知第二片，。直到最后一个单片机传输完数据。片机传输完数据。实时数据传输：需要仔细考虑实时数据传输：需要仔细考虑AD转换时转换时间和每个单片机的数据传输时间，否则，间和每个单片机的数据传输时间，否则，数据传输出错。数据传输出错。单片机通信示意图单片机通信示意图6.3 单片机和单片机和

8、CPLDCPLD的接口的接口8个单片机同时采集信号依次送入个单片机同时采集信号依次送入RAM1第一片单片机进入第一片单片机进入CPLD信号包括信号包括8根根数据线，包括启动其他单片机数据线，包括启动其他单片机A/D转换转换信号，写信号，通知第二单片机开始发信号，写信号，通知第二单片机开始发送数据信号，地址发生器的时钟信号。送数据信号，地址发生器的时钟信号。实现单片机数据总线和实现单片机数据总线和DSP数据数据总线的隔离总线的隔离实现实现8片单片机数据总线之间的片单片机数据总线之间的隔离隔离实现地址发生器数据总线和实现地址发生器数据总线和DSP地址总线之间的隔离地址总线之间的隔离数据实时传输的时

9、间计算。数据实时传输的时间计算。需要重点考虑的地方需要重点考虑的地方1.什么情况下需要隔离？什么情况下需要隔离？当当2个或者个或者2个以上的输出口驱动同一个个以上的输出口驱动同一个输入口时输入口时2.为什么要隔离？为什么要隔离？1）当）当2个个OC（集电极开路）输出驱动同（集电极开路）输出驱动同一个输入口（相当于一个输入口（相当于“线与线与”），必须），必须保证一个输出口为高电平。保证一个输出口为高电平。2）当）当2个推挽（标准个推挽（标准I/O）输出驱动同一）输出驱动同一个输入口（当个输入口（当2个输出口的电平不一致，个输出口的电平不一致，容易烧容易烧IO口）口）OCOC门和推挽门门和推挽门

10、单片机之间如何隔离？单片机之间如何隔离？因为因为8个单片机数据总线共用同一个输出个单片机数据总线共用同一个输出数据总线，所以必须隔离。否则，数据数据总线，所以必须隔离。否则，数据输出不正常。输出不正常。当一个单片机当一个单片机I/O口处于输出态时，其余口处于输出态时，其余应处于输入状态。应处于输入状态。1）参看）参看PIC的的IO口，输出有缓冲，相当口，输出有缓冲，相当于隔离（于隔离（DATA LATCH的输出）。的输出）。2）处于输入态，完全隔离，输入的与门）处于输入态，完全隔离，输入的与门相当于对地接入一个大电阻。相当于对地接入一个大电阻。PICPIC单片机单片机IOIO口口单片机和单片机

11、和DSPDSP之间的总线隔离之间的总线隔离 防止单片机总线和防止单片机总线和DSP总线之间的相互总线之间的相互干扰。干扰。）没有隔离时，如果单片机或没有隔离时，如果单片机或某个数据线上电平是某个数据线上电平是0，则根据线与关系，则根据线与关系，单片机总线上，高电平不能输出单片机总线上，高电平不能输出。）严重时，会损坏单片机或者）严重时，会损坏单片机或者的口的口地址总线隔离如何隔离如何隔离采用三态门采用三态门需要隔离那些部分需要隔离那些部分？因为单片机和因为单片机和DSP都要操作同一片都要操作同一片RAM，同时需要地址和数据总线，同时需要地址和数据总线，所以这两个总线都要互相隔离。所以这两个总线

12、都要互相隔离。数据总线需要隔离数据总线需要隔离D07，地址总线，地址总线需需要隔离要隔离A015隔离原型：隔离原型：BUFE,BUFT DOUT=(CON=1)?DIN:1bZ 几个器件原型几个器件原型BUFE if(control=1)out=in;else out=“z”;BUFT 和和BUFE控制信号相反控制信号相反,功能相同。功能相同。地址发生器地址发生器 if（i1000）i+;else i=0;6.4 DSPDSP和和CPLDCPLD的接口的接口DSP读读RAM1中单片机送入的采集数据中单片机送入的采集数据RAM2相当于相当于DSP的外扩内存。的外扩内存。DSP可可以读写以读写RA

13、M2。此时，。此时，DSP的地址总线的地址总线不需要隔离。但数据总线（由于共用）不需要隔离。但数据总线（由于共用）需要隔离。需要隔离。DSP读读RAM1，此时，数据总线和地址，此时，数据总线和地址总线都需要隔离总线都需要隔离。DSPDSP和和CPLDCPLD接口原理图接口原理图DSPDSP和和RAM1RAM1之间的隔离之间的隔离DSP读读RAM1时和单片机总线之间的隔时和单片机总线之间的隔离。当离。当DSP读读RAM1时，单片机输出总时，单片机输出总线应处于高阻态，线应处于高阻态，DSP和和RAM1数据总数据总线连通。线连通。单片机和单片机和DSPDSP数据总线隔离数据总线隔离DSPDSP、R

14、AMRAM、单片机数据总线、单片机数据总线DSPDSP和和RAM2RAM2之间的隔离之间的隔离DSP需要读写需要读写RAM2，因为，因为DSP数据总数据总线只有线只有1个（个（16根），但需要操作根），但需要操作RAM1和和RAM2，所以，需要隔离，所以，需要隔离。几个重要器件的设计几个重要器件的设计双向隔离器的设计双向隔离器的设计地址发生器的设计地址发生器的设计16位计数器位计数器地址译码器的设计地址译码器的设计DSP读写RAM2，读RAM1DSP地址译码80518051单片机的地址译码单片机的地址译码地址线地址线A015,数据线数据线D07选址选址0 xa80010101000，0000，

15、0000选址应当尽量避免地址重叠。比如，采选址应当尽量避免地址重叠。比如，采用用A1315为译码线，则为译码线，则A012为这些选为这些选址所重叠部分，因为其忽略了址所重叠部分，因为其忽略了A012。当电路板中，需要读取的端口比较少的当电路板中，需要读取的端口比较少的话，有些地址重叠不影响。反之，最好话，有些地址重叠不影响。反之，最好采用采用CPLD，将所有地址线输入，以备扩，将所有地址线输入，以备扩展。展。本设计方案的优缺点本设计方案的优缺点考虑细致，采集使用单片机，增加灵活考虑细致，采集使用单片机，增加灵活性。使用作为性。使用作为“桥桥”，布线方便，容，布线方便，容易修改，扩充。易修改，扩充。但使用个采集单片机，若其中一片出现故障，但使用个采集单片机，若其中一片出现故障，导致写入到中数据顺序出错。导致写入到中数据顺序出错。采用作为采用作为“桥桥”，降低总线响应速度，降低总线响应速度（因为（因为CPLD本身有个延时）。影响高速性能，本身有个延时）。影响高速性能，(采用不同的编译器对速度影响很大，版本高采用不同的编译器对速度影响很大，版本高的编译器性能相对较好的编译器性能相对较好)。Fundition3和和ISE6.3。对于本项目（总线速度最大。对于本项目（总线速度最大40M），），不影响。不影响。