CPLD驱动的16位高精度VFC AD转换器设计详解

本文档介绍了一种基于CPLD的16位虚拟频率计数(VFC)式模拟到数字转换器的设计，它起源于仪器仪表的温控系统需求，旨在实现高精度、低线性误差的信号转换。设计的关键组件包括： 1. 硬件平台：采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)，如CPLD器件作为核心硬件，它提供了高性能的测频能力，能够处理高分辨率的转换任务，同时也提高了系统的灵活性和鲁棒性，减少了对专用器件的依赖。 2. 控制系统：系统辅以52系列单片机作为控制器，负责管理和协调整个转换过程，包括控制CPLD的工作、处理数据以及与外部接口通信。单片机的集成性和编程能力在此发挥了重要作用。 3. VFC转换原理：VFC转换利用积分原理，通过将输入电压或电流转化为频率输出，利用CPLD的计数功能实现高频率计数，从而实现高精度的模拟到数字转换。 4. 模块化设计：系统被划分为电压采样、模拟-数字转换和控制三个主要部分。电压采样模块使用精密测试电压源和分压技术；模拟-数字转换模块涉及电压放大、偏置电路（使用运算放大器ICL7650）、V/F转换模块（AD652芯片）和计数转换模块；控制部分则包含了单片机、显示模块（液晶屏）以及电气隔离（光电耦合器）。 5. 优点：VFC转换器具有高精度、良好的线性度、适中的转换速度、可调位数以及最小化的CPU连接，这使得它在成本效益上优于其他传统AD转换技术。 通过这个项目，设计者不仅可以掌握高端AD转换器的设计方法，还能深入理解CPLD的硬件设计和52系列单片机的硬件与软件编程。这种设计思路和技术应用对于电子工程师在实际工作中设计高性能、低成本的数模转换系统具有重要的参考价值。