CPLD在生物检测仪中的应用

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-30 原文发表:2007-06-30 人气:1

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摘要介绍基于CYPRESS公司的Ultra3700系列CPLD芯片设计的译码和I/O扩展电路及其在生物检测仪中的应用。详细阐述了在生物检测仪中，DSP芯片如何和多片CPLD配合，完成对外部扩展RAM,EEPROM的读写和对LCD模块及LED灯的控制。
关键字 CPLD，DSP,译码
CPLD’s Application in Biology Analyzing Instrument
Huang YangHui Dai Shuguang Mu Ping’an
（University of Shanghai for Science and Technology Shanghai 200093）
Abstract This paper introduces the application of Ultra37000 family CPLD of Cypress Corporation in biology analyzing
instrument .The CPLDs are designed for decoder and extending I/O ports in this system.And it illustrates how the DSP chip
cooperates with two CPLD chips to achieve the read and write operation of extended RAM and EEPROM,as well as the c
ontrol of LCD module and LED lamps.
Keyword CPLD ,DSP, decode

1 引言
在生物检测仪的设计中，需要对多个步进电机进行精确控制，对多路模拟信号进行高速数据采集，并对采集数据和电机控制有严格的时钟同步要求，因而考虑到这些特性，我们采用了TI公司的TMS320LF2407DSP芯片作为主控芯片。由于系统中采集的A/D数据量较大，DSP片内RAM不够，因而在外部扩展了一个64K SRAM CY7C1021,同时因为计算过程中需要用到标定参数，这些参数标定以后一般不再改动，因而应该保存在EEPROM中，所以采用了一块32K的8位并行EEPROM AT28LV256.于是为了解决DSP芯片的有限的数字I/O口和外部扩展RAM、EEPROM及数量众多的LED灯显示之间的矛盾，我们采用了两片CPLD，一片用来地址译码，产生控制信号控制外部RAM、EEPROM和LCD模块，另一片则专门负责LED面板上22个LED灯的显示控制。
2 CPLD芯片介绍及选择
　　CPLD作为一种复杂的用户可编程逻辑器件，由于采用连续连接结构，易于预测延时，从而使电路仿真更加准确。加上使用方便的开发工具，使用CPLD器件可以极大地缩短产品开发周期，给设计修改带来很大方便。本设计采用了CYPRESS公司的Ultra3700系列CPLD芯片，该系列芯片具有在线可重编程能力(ISR)，通过JTAG接口进行重配置，对管脚分配和时序无影响，属于高密度CPLD，有32到512个宏单元，32到264个I/O管脚，并有3.3V和5V的两种不同芯片选择。在本系统中，由于DSP输出为3.3V电压，因而我们选用了3.3V的器件。系统中一共用了两片CPLD，分别是有64个宏单元和100管脚的C37064VP100，和有32个宏单元和44管脚的C37032VP44。
3 系统总体设计
　　在系统中，有两片3.3V电压的CPLD芯片，其中在DSP主板上的是C37064VP100,它负责产生控制信号控制外部RAM、EEPROM和LCD模块以及LED组的使能信号。

图1中的双向信号总线LCD_DATA和输出信号LCDOUT_E及LCDIN_E用与控制LCD模块的读写。RAM_CS是外部数据RAM的片选信号，EE_CS是外部EEPROM的片选信号，选择不同的使能信号，使DSP的8000H之后的数据空间分别映射到RAM或者EEPROM。其余五个输出使能信号用于控制LED面板上五组LED灯的显示。

图2 LED面板
另一片C37032VP44在键盘和LED显示灯PCB板上，负责键盘对LED灯的控制。

图3中的控制LED显示的CPLD输出信号共五组，分别和图2中的各个LED组相对应，其中WAVE1_LED和WAVE2_LED对应于波长选择下的各7个LED,MODE_LED对应读数模式下的3个LED，一个预留，STATUS_LED对应状态显示的4个LED,PLATE_LED对应检测位置中的3个LED，一个预留。该片CPLD对DSP主板上送来的使能信号和数据D0~D3进行译码，分别控制每组LED的显示
4 CPLD的硬件实现
采用Cypress Warp综合软件，Cypress Warp是CPLD和FPGA的VHDL综合软件，可用于CPLD的装配和FPGA的布局布线。硬件描述语言采用VHDL。VHDL是随着可编辑逻辑器件（PLD）的发展而发展起来的一种硬件描述语言。作为一种硬件设计时采用的标准语言，VHDL具有极强的描述能力，能支持系统行为级、寄存器传输级和门级三个不同层次的设计，这样设计师将在TOP－DOWN设计的全过程中均可方便地使用同一种语言。而且，VHDL设计是一种“概念驱动式”的高层设计技术，设计人员毋需通过门级原理图描述电路，而是针对目标进行功能描述，由于摆脱了电路细节的束缚，设计人员可以专心于设计方案和构思上，因此设计工作省时省力，加快了设计周期，并且工艺转换变得轻松。

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