CPLD芯片選用Altera公司的MAX7000S系列器件EPM7128SLC84，它有128個邏 輯宏單元,，邏輯門數(shù)為2500門,，在MAX+PLUSII軟件環(huán)境下，采用VHDL和原理圖輸入相結(jié)合的方法進(jìn)行設(shè)計,。設(shè)計輸入完成后,，進(jìn)行整體的編譯和 邏輯仿真，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換,、布局,、布線、延時仿真生成配置文件,，最后以4引腳的JTAG接口方式通過ByteBlaster下載電纜對CPLD進(jìn)行在線編程 (ISP),，完成結(jié)構(gòu)功能配置，實現(xiàn)其硬件功能，制成專用芯片,。為了避免器件內(nèi)的設(shè)計被他人復(fù)制和取出,，可通過對MAX7128S內(nèi)部的一個保密位編程， 對設(shè)計進(jìn)行加密,。當(dāng)對器件重新編程時,，保密位連同其它的編程數(shù)據(jù)均能擦除和重寫。

動,、定測頭方波信號分別從DO_INPUT和 DI_INPUT端輸入CPLD,，采樣信號INT0_OUT由定測頭信號DI_INPUT反相得到，通過雙路比相器獲取動測頭信號DO_INPUT的上,、 下沿至采樣時刻的相位差信號,。Fai_OUT1,、Fai_OUT2信號表示插入高頻細(xì)分脈沖信號后的相位差信號,，高頻時鐘脈沖由CLK端輸入，通過2路帶 允許端的20位同步計數(shù)器分別對插入的細(xì)分脈沖進(jìn)行計數(shù),。每一個脈沖所代表的角度大小由脈沖當(dāng)量計量電路來確定,，用于計算脈沖當(dāng)量的Ti_OUT1信號由 DI_INPUT信號二分頻得到。

EPM7128SLC84輸出信號INT0_OUT與副MCU第12腳P3.2相連,，每一脈沖下降沿觸 發(fā)副MCU中斷一次,。通過對各信號邏輯時序的分析，可以看出：動,、定測頭方波信號頻率為50Hz,，為保證時柵位移傳感器能正常工作，MCU必須每20ms 中斷一次(若信號頻率為400Hz,，中斷時間間隔為2.5ms),，也就是說MCU用于處理數(shù)據(jù)的時間只有20ms。MCU做多字節(jié)除法,、乘法運(yùn)算時,，運(yùn)行 時間較長，且用于單片機(jī)與計算機(jī)間數(shù)據(jù)通信的時間就至少需要10ms,，因此20ms時間MCU無法處理完全部工作,。處理時間不夠就會導(dǎo)致死機(jī)，傳感器無法 工作,，實踐也證明了這一點(diǎn),。

解決這一問題的方法通常是采取硬件分頻，信號分頻后,，相應(yīng)周期加倍,，供MCU處理數(shù)據(jù)的時間加長。但在本設(shè)計中,，無論是將動,、定測頭方波信號同時分頻或僅將引起MCU中斷的信號分頻,，均無法保證同時采集到正確的3個數(shù)據(jù)。

基 于此,，本文提出采用“軟件分頻”來解決這一問題,，這也是采用雙MCU的關(guān)鍵原因之一。中斷信號INT0_OUT每20ms觸發(fā)副MCU中斷一次,，每4次中 斷采集一次數(shù)據(jù),，前面3次中斷時副MCU通過程序判斷中斷次數(shù)而進(jìn)行相應(yīng)處理，為第4次中斷時采集數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備,，第4次中斷時在中斷服務(wù)程序中采集數(shù)據(jù),，包 括φ1、φ2和Ti等3個參數(shù),。其中,，φ1、φ2和Ti分別代表一個信號周期內(nèi)插入Fai_OUT1,、Fai_OUT2和Ti_OUT1中的時鐘脈沖個 數(shù),。副MCU對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，通過P3.1腳觸發(fā)主MCU中斷,，接收副MCU傳送的數(shù)據(jù),，這樣，主MCU每80ms中斷一次,，供主MCU處理數(shù)據(jù)的時 間增加為80ms,，相當(dāng)于4分頻，但并沒有改變各信號時序,。這一思想在信號頻率提高到400Hz或更高后仍然適用,，只需對軟件作少量改動即可。

通過以上分析,，不難看出：CPLD邏輯功能仿真波形為硬件電路和程序的正確設(shè)計與優(yōu)化提供了依據(jù),，具有邏輯分析儀的功能，為設(shè)計者帶來了方便,，這充分體現(xiàn)了采用CPLD設(shè)計數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn),。

總 線收發(fā)三態(tài)控制電路實現(xiàn)副MCU在讀取φ1、φ2和Ti時分時復(fù)用20位數(shù)據(jù)總線D19～D0,。副MCU每讀一個數(shù)據(jù),，先通過使能端EN讓計數(shù)器停止計 數(shù)，再通過RD端打開三態(tài)門讀取數(shù)據(jù),，讀完數(shù)據(jù)后關(guān)閉三態(tài)門,，并通過CLR端將計數(shù)器清零，為下一次讀取數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。副MCU對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理 后,，送給主MCU,。圖1中，副MCU的P3.0腳與主MCU的P2.0腳相連是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中2塊MCU間的通信握手,，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后,，主MCU 打開三態(tài)總線緩沖74LS244，從P0口讀取數(shù)據(jù),。

數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理軟件設(shè)計

如前所述,，數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理在副MCU中斷0服務(wù)程序內(nèi)完成，程序流程圖如圖3所示,。程序設(shè)計中采用了前面介紹的軟件分頻技術(shù),，流程圖中φ代表不受預(yù)處理電路中整形芯片門限電壓影響的準(zhǔn)確相位角。

結(jié)束語

PM7128SLC84 在智能時柵位移傳感器數(shù)字電路設(shè)計中取得了很好的應(yīng)用效果,，實現(xiàn)了硬件設(shè)計軟件化,，使用可編程邏輯器件技術(shù)避免了復(fù)雜的PCB布線，帶來不僅在成本,、開發(fā) 周期,、可靠性等方面的優(yōu)勢,，而且大大增強(qiáng)了硬件模塊的柔性,，通過編程來很方便地修改硬件電路結(jié)構(gòu)，功耗也大大降低,。但在使用CPLD器件時也發(fā)現(xiàn)了一些問 題,，如EPM7128SLC84對信號毛刺很敏感，因此,，對信號的前置處理和電路設(shè)計提出了更高要求,。