基于CPLD技術(shù)的數(shù)字時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)
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由32MHz高精度晶體振蕩器提供精確的時(shí)鐘信號。MAX II芯片EPM570T100C5產(chǎn)生精確的時(shí)序控制信號。EPM570是世界一流的低成本器件，適用于實(shí)現(xiàn)任何數(shù)字控制功能。該芯片采用非易失單芯片解決方案，可解決處理器I/O引腳不夠用等板級問題，管理上電排序，配置其它更復(fù)雜的器件，或者低成本實(shí)現(xiàn)不兼容接口（“膠合邏輯”）的轉(zhuǎn)換。具有低成本、零功耗、小封裝、瞬間啟動以及非易失性、系統(tǒng)內(nèi)可編程能力（ISP）等優(yōu)點(diǎn)。CD4053根據(jù)CPLD芯片提供的精確時(shí)序數(shù)字控制信號完成正弦信號的時(shí)分制激勵(lì)。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/163806.htm
4、軟件設(shè)計(jì)[5]
在CPLD開發(fā)的過程中，使用的是Altera公司提供的CPLD開發(fā)軟件QuartusⅡ，該軟件支持Altera公司的絕大部分器件。為了縮短設(shè)計(jì)周期和降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度，QuartuslI包含了工作組計(jì)算、集成邏輯分析功能、EDA工具集成、多工程支持、增強(qiáng)重編譯和IP集成等功能。在設(shè)計(jì)過程中采用的是自頂?shù)降椎脑O(shè)計(jì)思想，頂層基于功能塊的設(shè)計(jì)，底層的具體功能通過VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)。
4.1 頂層設(shè)計(jì)[6、7]
自頂向底的設(shè)計(jì)過程是在軟件中先從系統(tǒng)級功能設(shè)計(jì)開始，然后分別設(shè)計(jì)并驗(yàn)證系統(tǒng)中不同的功能塊。這種設(shè)計(jì)方法的好處是可以不斷地向設(shè)計(jì)中添加新的功能模塊，完善系統(tǒng)的功能。
在頂層中主要設(shè)計(jì)了三個(gè)功能模塊： 預(yù)分頻模塊、次分頻模塊、譯碼模塊。功能塊圖見圖5。系統(tǒng)上電工作時(shí)，首先由晶振為系統(tǒng)提供精確的基頻信號，通過預(yù)分頻模塊將原有基頻信號轉(zhuǎn)化為400Hz的時(shí)序信號，將400Hz的信號通過次分頻模塊進(jìn)行二分頻和四分頻[6,7]，將分頻所得100Hz和200Hz的信號輸入譯碼器模塊[7]，通過譯碼產(chǎn)生時(shí)序間隔為2.5ms的精確時(shí)序控制信號。
4.2 底層設(shè)計(jì)
系統(tǒng)功能驗(yàn)證完成后，將抽象的頂層設(shè)計(jì)向低層設(shè)計(jì)細(xì)化，底層軟件設(shè)計(jì)是基于頂層軟件中三大功能模塊而設(shè)計(jì)的，模塊設(shè)計(jì)采用VHDL語言描述完成，通過編譯、綜合、仿真后生成底層設(shè)計(jì)文件，以供頂層設(shè)計(jì)調(diào)用。以fenpin模塊為例，部分程序如下：
architecture rt of fenpin is
signal temp :std_logic_vector(1 downto 0);
begin
process(clk,temp,en)
begin
if en=’1’ then
if rising_edge(clk) then
temp=temp+’1’;
end if;
null;
end if;
end process;
clk2=temp(0);
clk4=temp(1);
end rt;
5、系統(tǒng)仿真和驗(yàn)證
軟件設(shè)計(jì)完成后，通過Quartus II軟件指定芯片為EPM570T100C5，并根據(jù)電路原理圖進(jìn)行引腳分配，設(shè)定CPLD的引腳功能，然后啟動編譯程序來編譯項(xiàng)目。編譯器將進(jìn)行錯(cuò)誤檢查、網(wǎng)表提取、邏輯綜合和器件適配，然后進(jìn)行行為仿真、功能仿真和時(shí)序仿真，最后用下載電纜通過JTAG編程方式將文件下載到芯片中，從而生成硬件電路。
圖6為系統(tǒng)軟件仿真的結(jié)果，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，生成的時(shí)序控制信號狀態(tài)穩(wěn)定，精度為納秒級。
圖7為將程序下載到目標(biāo)芯片，硬件工作時(shí)通過邏輯分析儀觀察到的系統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)圖，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)際工作狀態(tài)與理論設(shè)計(jì)思想相一致。圖中的三路時(shí)序控制信號精度較高、狀態(tài)穩(wěn)定，無毛刺和漂移現(xiàn)象，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和接收矩陣的精度奠定了基礎(chǔ)。
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