超高速攝影機電控系統(tǒng)設計

　　在XC95288內(nèi)部電路中，F(xiàn)0、F1輸入端口分別輸入標準脈沖和待測的速度脈沖信號(經(jīng)過整形放大以后的信號)，計數(shù)器0和1分別對標準脈沖F0和待測信號F1進行計數(shù)，鎖存器0和1分別對計數(shù)器0和1的計數(shù)值進行保存，16位的輸入端口NP作為預置閘門時間的設定端口，設其輸入值為NP，則預置閘門時間T₀為T₀=NP/f₀。

　　在電路剛開始工作時，由清零信號CLR對所有的計數(shù)器、鎖存器和D觸發(fā)器清零。這樣，計數(shù)器0的計數(shù)值NN0的初值為0，故此時NP>NN0，比較器輸出為1，但此時DFF0觸發(fā)器的輸出F2仍保持此初值0，由于F2作用在計數(shù)器0和1的使能端，此時計數(shù)器沒有開始計數(shù)，直到信號F1的上升沿到來后，DFF0觸發(fā)器的輸出F2才翻轉(zhuǎn)為1，允許兩計數(shù)器計數(shù)。隨著計數(shù)值的增加，當NN0>NP時，比較器輸出等于0，不過此時兩個計數(shù)器仍在計數(shù)，直到信號F1的又一上升沿到來后，F(xiàn)2=0，兩個計數(shù)器都停止計數(shù)，利用F2的下降沿(F3的上升沿)將此時的計數(shù)值NN0和NN1分別通過鎖存器0和1鎖存起來。然后利用此時F2=0，經(jīng)D1觸發(fā)器延時到信號F0的上升沿到來后，對計數(shù)器0、1清零。延時清零的原因是為了避免鎖存器鎖存數(shù)據(jù)與計數(shù)器清零同時進行，從而使存儲數(shù)據(jù)出錯。但由于延時清零，使實際門控信號的上升沿比速度信號F0的上升沿滯后，滯后時間為信號F0的一個周期。為使檢測結(jié)果準確，將計數(shù)器0的計數(shù)值加1即可。F2實質(zhì)上就是實際門控信號。

　　在設計電路時，需要考慮計數(shù)器溢出的情況。例如，在電機轉(zhuǎn)速很慢的情況下，兩個速度脈沖信號上升沿間的時間間隔較長，這使實際閘門時間變得很長，在該段時間內(nèi)，計數(shù)器0可能會出現(xiàn)溢出情況。在該情況下，可用3種方法來解決計數(shù)：一是增加計數(shù)器0的位數(shù);二是通過增加計數(shù)器來對溢出次數(shù)另行讀數(shù);三是一旦計數(shù)器溢出，便認為此時電機的轉(zhuǎn)速約等于0。這里采用的方法是：在電機轉(zhuǎn)速很慢的時候延時2秒種后再進行測量，而且計數(shù)器都采用16位寬度。

　　單片機ATMega16L的功能設計

　　ATMega16L單片機是ATMEL公司生產(chǎn)的高性能單片機，采用精簡指令集，具有預取指令功能，指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行，處理速度快。在高速攝影電控系統(tǒng)中，ATMega16L單片機負責讀取XC95288的電機測速值，處理控制內(nèi)外信息的輸入輸出接口，并與上位控制計算機通過RS-485接口進行信息交互。

　　這里給出一個ATMega16L單片機讀取XC95288的電機測速值的C語言子程序。

　　void FX_calc(void)
　　{
        　　//計算Nb數(shù)值
                F_SEL_NB();
　　NB = ReadFromCPLD()+1;
　　NB_temp=(uint64_t)NB;
　　//計算Nx數(shù)值
　　F_SEL_NX();
　　NX = ReadFromCPLD();
　　NX_temp=(uint64_t)NX;

　　if(NB_temp)
　　{
　　//計算Fx數(shù)值
        　　/*32位時x不能超過0xd6=214.75=4,294,967,295/20,000,000
        　　一定要考慮到溢出問題：FF_FF_FF_FF=4,294,967,275, FB=20,000,000
        　　*/
        　　FX_temp=( (uint64_t) (FB* NX_temp)/NB_temp ); //20000000*x/2000
        　　FX = (uint32_t) FX_temp;
                }
        　　usart_send_dword(FX);
        　　_delay_ms(10);
　　}

　　結(jié)束語

　　根據(jù)以上電路設計的轉(zhuǎn)鏡式超高速攝影機電控系統(tǒng)，已在某系統(tǒng)超高速攝影機中得到應用，系統(tǒng)工作良好。

　　參考文獻：
　　[1] 王杰等.Xinlinx FPGA/CPLD設計手冊[M].北京:人民郵電出版社,2011:242
　　[2] 劉建清等.輕松玩轉(zhuǎn)AVR單片機C語言[M].北京:北京航空航天大學出版社,2011:90