基于CPLD和单片机的多光谱数字相机下位机设计

    0 引言

    多光谱数字遥感相机已经逐渐成为航空以及航天对地观测的重要手段1下位机系统是多光谱数字相机的重要组成部分,通常完成多光谱相机与其载能[1,2]1通常的下位机系统多由单片机以及外围芯片组成,为了完成所需的功能,下位机还必须扩展大量的I/O端口1通常都用8255和8155等芯片来扩展I/O端口,但是这些芯片体积庞大,并且每片最多只能扩展三个8-bit I/O口,当需要的控制端口较多时,不得不用多个这种专用芯片,造成电路复杂,控制不便,而且增大了电路的功耗、体积和重量1为了提高系统的智能性、可靠性和实用性,本文提出采用CPLD作为接口扩展芯片,大大减少了所用芯片的种类和数量,缩小了体积,降低了功耗,提高了系统的可靠性,加强了系统的整体性。

    1 系统设计

    本下位机系统包括80C31单片机、存储器、RS-232通信部分、模拟信号采集部分、增益控制、行频控制、曝光控制、工作模式控制等几个部分1除了RS-232通信接口和模拟信号采集端口与单片机的I/O口直接连接外,其它输出控制接口均采用CPLD进行扩展,也就是用一片CPLD代替了体积庞大、数目繁多的外围接口芯片1系统原理框图见图1。

    1.1 系统硬件设计

    下位机与上位机的通信是通过RS-232通信部分实现的1RS-232通信部分直接使用单片机提供的串行通信端口TXD和RXD,为了达到CMOS电平和RS-232电平的匹配,使用了MAX232A电平位、一个停止位共10位数据,波特率为9600bit/s1当需要执行控制命令或是需要查询相机状态时,上位机向下位机发送控制指令、控制参数或状态查询指令;下位机完成指令工作后向上位机回送命令执行状态以及多光谱相机当前工作状态1为了保证通信指令和参数的正确,发送的每一条指令前都加有两个判断字节(为了防止错误判断,判断字节应选择在指令和参数中出现几率最小的值),若接收方接收到规定的这两个判断字节,并且判定无误,则认为后面的指令和参数是有效的,否则认为这次通信无效,并要求发送方重新发送本条指令和参数1下位机接收到有效指令和参数后,根据要求执行相应的控制,并且向上位机回送指令执行情况。

    模拟信号采集端口使用AD公司的AD775 8-bit A/D转换器1AD775的输入端接有一片八选一模拟开关,分别与待测量的各点连接,AD775的输出端直接同单片机的P0口连接1单片机直接控制模拟开关通道的选择和导通,以及AD775的转换工作的开始和转换结果的输出1通过选择不同通道的导通,将各个待测点的模拟值循环采集到单片机中进行判断,并将判断结果存储到片外的E2PROM中1当需要向上位机传送这些测量结果时,再从E2PROM中读出并通过RS-232回送到上位机中显示,为排除故障提供依据。