LPC2132和CPLD在氣流紡機電控系統中的應用

石長勇

（遼寧新眾網絡科技有限公司 遼寧 沈陽 110000）

0 引言

抽氣式轉杯紡機在紡織行業應用十分廣泛，但是其電控系統采用PLC做主控單元，由于PLC價格昂貴，布線混亂，給維護帶來很大的困難，因此由單片機來取代PLC，即大幅度的降低了成本又使得維護維修方便快捷。在本系統中由LPC2132和EPM240配合，完全取代了PLC。

1 總體設計

1.1 CPU 的選擇

氣流紡機的電控系統需要大量的輸入輸出節點，因此單獨的CPU來實現起來非常困難，如果采用CPU加集成電路的方式也可以實現系統的要求，但是用集成電路設計的組合邏輯電路占用板面大，不方便擴展，靈活性差。在本系統我們采用了LPC2132和EPM240來實現。LPC2132是一款16/32位的ARM7TDMI-S的CPU，128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構是32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規模降低超過30%，而性能的損失卻很小。LPC2132具有16KB的內部RAM和64K的片內FLASH，多達47個GPIO和9個邊沿或電平觸發的外部中斷使得LPC2132非常適合工業控制。EPM240是ALTERA公司的MAX II系列芯片之一，具有低價格、低功耗、高容量、高性能等特點。CPLD的引入使系統設計更加靈活。

本電控系統所對應的330型氣流紡機上有獨特的步進電機設計，使得紗線的接頭質量大大提升。步進電機在工作過程中需要有不同的脈沖信號來控制，有普通脈沖和快速脈沖，因為快速脈沖的周期是微秒級的，所以如果用LPC2132來實時的發送脈沖會嚴重影響工作效率，甚至無法達到實時性的要求，因此又采用了C8051F330來專門發送步進電機的驅動脈沖。C8051F330具有超小的MLP20封裝，高效快速的指令系統，可以精確的產生步進電機的驅動脈沖。

1.2 人機界面

本電控系統采用了臺達電子的工業級觸摸屏AS57BSTD，AS57BSTD內置了MODBUS通信協議，電控板和AS57BSTD之間采用RS485通信。人機界面負責整機工作運行所需要的所有設定參數工作，整機的工作狀態也實時的反饋到人機界面來顯示。

1.3 接口板設計

氣流紡機的每一錠需要3路功率驅動信號來驅動電磁鐵工作，如果把大量的功率器件設計到主控電路板上，一定會對電路板上的信號產生干擾，這種不可預期的干擾是無法排除和避免的，因此我們采用了單獨的接口板設計，不但使功率器件和數字電路分開，避免干擾，而且使系統的維護維修方便快捷，故障定位準確。

1.4 系統框圖（見圖 1）

2 工作流程

2.1 人機界面設定參數

首先要由人機界面進行參數設定，整機的工作時序設定，通過RS485通信下傳到下位各節點的LPC2132來保存。

2.2 LPC2132

圖1

上電復位后首先讀出撥碼開關的地址設置，計算出本機的通信地址，通過與上位機通信，得到上位機設置的數據并計算出各工作時序。LPC2132與C8051F330采用并行通信，設置C8051F330需要產生的步進電機驅動脈沖的頻率和快進脈沖的頻率。LPC2132與EPM240之間采用數據總線和地址總線的控制方式，先讀入各個節點的狀態，然后分析處理得出每個節點的動作時序，通過地址和數據總線來控制EPM240做出相應的動作。

LPC2132還控制步進電機驅動器的正反轉信號和驅動脈沖的轉換信號。因為在單錠工作啟動的時候需要步進電機快進一段距離，在停止的時候又需要反轉快退一段距離，這些動作需要LPC2132根據人機界面的參數設定來計算得出，來控制步進電機系統動作。

2.3 C8051F330

C8051F330的任務是實時的發送步進電機驅動脈沖和快速脈沖，在讀取LPC2132設定的脈沖頻率后，計算出脈沖周期，并保存到ROM中保存，然后產生相應的脈沖頻率輸出。

2.4 EPM240

EPM240與LPC2132和接口板相連，負責采集接口板的輸入狀態和輸出LPC2132的控制狀態到接口板。每片EPM240負責控制8路，每一路有6路輸出信號和1路輸入信號，通過對LPC2132的地址線譯碼來得到需要控制輸入輸出的相應路數。EPM240與接口板的輸入輸出接口均采用光偶隔離。

3 結束語

單片機和CPLD配合，可以實現大量I/O采集控制，CPLD的編程靈活多變，通過編程可以實現復雜的邏輯電路，單片機做工業控制和PLC相比有很大的優勢，在實時性要求比較嚴格的系統里只有單片機才可以完成。在當今的新型氣流紡機的電控系統已經由原來的PLC在逐步的向單片機轉變。

［1］趙亮，侯國銳.單片機C語言編程與實例[M].人民郵電出版社.

［2］周立功，等.ARM嵌入式系統基礎教程[M].北京航空航天大學出版社.

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