基于CPLD多通道編碼器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2光電隔離和信號(hào)校正

旋轉(zhuǎn)編碼器的控制電源可以在較大范圍內(nèi)變化使用，為了確保系統(tǒng)的安全可靠，必須進(jìn)行光電隔離。

由于旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號(hào)頻率達(dá)100kHz，所以應(yīng)選用高速的光電隔離器件，如具有1M數(shù)據(jù)速率的4N135/136，或10M數(shù)據(jù)速率的4N137等。同時(shí)為了防止噪聲引起的信號(hào)抖動(dòng)，應(yīng)采用斯密特觸發(fā)器進(jìn)行抗抖和信號(hào)校正。

1.3編碼器計(jì)數(shù)

編碼器計(jì)數(shù)由CPLD器件來完成。CPLD是復(fù)雜可編程邏輯器件的簡(jiǎn)稱。系統(tǒng)選用Xilinx生產(chǎn)的XC9500系列CPLD，它是一種Flash編程型的可編程邏輯器件。該產(chǎn)品采用先進(jìn)的FastFLASH技術(shù)，該技術(shù)采用一個(gè)雙層的多晶硅、兩層金屬技術(shù)，可提供高達(dá)10000次以上的編程/擦寫壽命周期，和傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)EPROM和E2PROM相比有著明顯的優(yōu)勢(shì)。采用EPROM存儲(chǔ)技術(shù)雖可提供優(yōu)良存儲(chǔ)器單元且功耗較低，但它不可電擦除;采用E2PROM技術(shù)雖可電擦除，但需要較大的存儲(chǔ)器。而CPLD的FastFLASH技術(shù)是對(duì)EPROM技術(shù)的電擦除擴(kuò)展。

和普通的可編程邏輯器件相比，CPLD具有以下優(yōu)點(diǎn)：操作靈活、使用方便;高性能的邏輯能力;存儲(chǔ)元胞密度高;可靠性高;開發(fā)迅速;經(jīng)久耐用;能實(shí)行電擦除;能為器件提供快速編程;采用ISP(系統(tǒng)同編程)技術(shù)。

XC9500系列中可供選用的片子有多種，從旋轉(zhuǎn)編碼器的測(cè)量、片子宏單元的多少以及調(diào)試的方便，系統(tǒng)最終選用了XC95108PC84。

XC95108的機(jī)械特性和電氣特性如下：宏單元數(shù)為108個(gè);最大端口數(shù)為108個(gè);引腳至引腳延時(shí)7.5ns;系統(tǒng)頻率為83.3MHz;支持單個(gè)OE(輸出使能)控制;支持JTAG(IEEE邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)1149.1)協(xié)議。特別值得一提的是，XC95108采用了ISP技術(shù)。因此，對(duì)器件進(jìn)行編程不再需要硬件編程器。只要一根下載電纜通過下載軟件與元件的編程接口連接即可實(shí)現(xiàn)。并且，無論產(chǎn)品處在設(shè)計(jì)或制造的哪個(gè)環(huán)節(jié)，還是產(chǎn)品已提交給用戶以后，都可以改寫器件的邏輯功能，也就是可以通過軟件對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)。

六個(gè)通道的旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)數(shù)由兩個(gè)XC95108完成，每個(gè)XC95108完成三個(gè)編碼器通道的編碼計(jì)數(shù)以及相關(guān)控制命令的接受和計(jì)數(shù)值的輸出，其大致功能可由圖5表示。

1.4PC機(jī)接口

六個(gè)通道的編碼器信號(hào)通過光電隔離和信號(hào)較正送入兩片XC95108后，XC95108分別對(duì)三個(gè)通道的計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行正反相計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)結(jié)果分別存放在不同的寄存器中，供宿主機(jī)PC讀取。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，PC機(jī)接口采用ISA總線。

PC機(jī)接口要完成對(duì)ISA總線的地址譯碼，數(shù)據(jù)的緩沖和數(shù)據(jù)的雙向傳送(控制命令發(fā)送和編碼器計(jì)數(shù)值的讀取)。所有的這些功能同樣由一片CPLD器件(同樣選擇XC95108)完成，其主要功能可由圖6表示。