基于NiosII的光柵細分電路系統(tǒng)設計
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任務邏輯設計是自定義組件設計過程中最重要的部分，主要實現(xiàn)插值芯片輸出正交信號的四細分，同時更新Countnum_reg和Dir_reg的值。如圖7所示，正交信號A2／B2的相位關系隨著光柵位移傳感器運動方向的不同而改變。當光柵讀數(shù)頭正向移動時，A2相信號超前于B2相信號90°，A2／B2兩信號的電平變化規(guī)律為OO→10→11→01→00。當光柵讀數(shù)頭反向移動時，A2相信號滯后于B2相信號90°，A2／B2兩信號的電平變化規(guī)律為00→01→ll→10→00。這樣，就可以通過判斷電平之間的狀態(tài)變化來決定是否對計數(shù)器進行操作。當狀態(tài)變化為00→10→11 →01→00時，對Countnum_reg進行加1操作，并將Dir_reg置1；而當變化為00→01→ll→10→OO時，則對Countnum_reg進行減1操作并將Dir_-reg置0。若狀態(tài)保持不變，則計數(shù)器和方向值保持不變。其余狀態(tài)之間的變化，規(guī)定為無效。
上述的4個狀態(tài)之間的轉移可以通過設計有限狀態(tài)機來實現(xiàn)。系統(tǒng)主時鐘clk選用50 MHz，能夠保證正確采樣狀態(tài)之間的變化。該有限狀態(tài)機由5個狀態(tài)組成，它們分別是idle、00、01、l1、10。采用one―hot的編碼方式，可以有效地避免競爭冒險現(xiàn)象，提高抗干擾能力。其綜合生成的電路無論是在效率還是穩(wěn)定性方面都能夠滿足設計要求。任務邏輯模塊的仿真結果如圖8所示。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/163018.htm
若記錄相鄰兩次Countnum_reg的差值，便可通過以下的公式計算光柵讀數(shù)頭移動的距離：
式中：N為插值芯片的插值因子，d為光柵柵距。
4．3 二次細分測速組件設計
光柵讀數(shù)頭的移動速度應在一定范圍之內(nèi)，否則會造成丟數(shù)等誤差。測速組件主要對讀數(shù)頭的移動速度進行實時監(jiān)控，從而實現(xiàn)過速報警。其設計過程與二次細分辨向組件類似。移動速度的計算公式如下：
式中：d為光柵柵距，f為插值芯片輸出正交信號的頻率，
N為插值芯片的插值因子，n為t時間內(nèi)正交信號的個數(shù)。由此可知，只要測出頻率f即可求得移動速度。
寄存器描述文件中定義了4個寄存器，如表1所列。
任務邏輯設計采用測周期的方法，即根據(jù)Div_reg中的分頻因子對待測信號tclk進行分頻，在分頻后信號的高電平內(nèi)記錄標準信號sclk的個數(shù)，并在其下降沿將計數(shù)值存到COUnt_reg中。同時，在其低電平內(nèi)將Countready_reg置1，通知AVaIon主設備計數(shù)值已就緒。待測頻率的計算公式如下：
該方法可能會產(chǎn)生±1個標準脈沖的測量誤差，由于系統(tǒng)標準頻率與待測正交信號相比為高頻信號，因此能實現(xiàn)高精度的頻率測量。
4．4 LCD控制組件的設計
本系統(tǒng)中使用的LCD為128×64的點陣黑白屏，其內(nèi)嵌控制器為KS0107／KS0108。該液晶模塊的D／I引腳用于指示模塊處理數(shù)據(jù)／命令；R／W引腳控制讀／寫操作；EN引腳為使能信號，CSl／CS2為屏幕的左右半屏控制器片選信號。
本系統(tǒng)在NiosII IDE開發(fā)環(huán)境中設計應用程序，其程序流程如圖9所示。
5 結論
①與傳統(tǒng)的分立元件細分電路相比，本系統(tǒng)中使用了專用的插值芯片IC―NV，不但提高了系統(tǒng)集成度，而且在簡化PCB設計的同時提高了細分數(shù)。NiosII嵌入式處理器使用，既提高了系統(tǒng)性能，又降低了費用。利用Component Editor工具設計的二次細分辨向模塊、測速模塊及LCD控制模塊，可以隨時根據(jù)需要更改驅動程序并可重復利用，實現(xiàn)了系統(tǒng)的集成和模塊化。
②仿真結果表明，該系統(tǒng)設計簡單靈活，穩(wěn)定性高，實時性強，可通過調節(jié)插值芯片的插值數(shù)實現(xiàn)高達64倍的細分。
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