基于CPLD的温度自动控制系统的研制

1.2 功率控制部分

常见的功率控制有两种方法：一是调功，通过控制单位时间内加在功率器上的正弦波的波头数来控制功率;二是调相，通过控制可控硅的导通角，来控制导通时加在功率器上的电压幅值，实现对功率器的精确均匀控制。由于方法二可以均匀精确的控制功率，并能够对功率进行微调，使得被控对象的温度平滑地到达设定值，因此在本系统中选择方法二。其控制电路的电路框图如图3所示，图中方框内的硬件部分由CPLD器件实现，具有简洁，性能可靠等特点。

图3 温度控制电路框图

利用调相法控制功率，必须随时知道并记录220V市电的相角，从而准确的控制导通时刻。在传统的控制系统中一般利用模拟锁相环电路提取市电的同步信号，但加大了电路构成的复杂程度。在本系统中省去了模拟锁相环器件，简化了电路结构。硬件电路描述如下：

(1)采用变压器将220V市电转换为同步的峰值为5V的正弦波电压信号，然后经过过零比较器把正弦波电压信号转换为占空比1：1的50HZ方波信号。

(2)50HZ的方波信号通过边沿检测电路得到同相的100HZ的窄脉冲信号，其边沿检测电路原理图如图4所示。

图4 边沿检测电路

(3)8位计数器对25KHZ的频标信号进行计数，计数器具备一个上升沿清零端，该端的接入信号为(2)中得到的100HZ的窄脉冲，该窄脉冲以频率100HZ对计数器清零，使得计数的开始时刻为50HZ市电信号的过零处，从而保证严格同步。具体信号时序关系如图5所示。

(4)8位计数器的计数值输入到数字比较器中，与单片机设置的预定值进行比较：当计数值小于等于单片机输入的预定值时，数字比较器的输出端输出为高电平。当计数值大于单片机输入的预定值时，数字比较器的输出端输出为低电平。这样输出周期性的与市电半波同步的方波信号去控制可控硅的导通角，通过改变单片机输入值的大小可以方便的调节可控硅的导通角，准确地高精度地实现功率调节。

图5 信号时序关系图

从该部分硬件结构的组成特点可以看出，其组成核心是由可重新配置特点的CPLD器件 MAX7128构成。MAX7128为高性能可擦除器件，采用第二代多阵列矩阵(MAX)结构，可用门数为2500门，宏单元数为128，逻辑阵列块数为8，通过标准的JTAG接口，支持在系统可编程(ISP)。它实现了控制部分的核心功能，其它的电路都属于辅助电路。因此系统在结构上具有典型的开放性，这对实现软件的开放是一个很好的支持。