基于EMP 7128的數字式相位測量?jì)x

關(guān)鍵詞：EMP 7128SLC84-15；CPLD；相位；頻率

１ 器件簡(jiǎn)介

ＥＭＰ ７１２８ＳＬＣ８４－１５是Ａｌｔｅｒａ公司的ＭＡＸ７０００Ｓ系列ＣＰＬＤ，它采用ＣＭＯＳ工藝，并以第二代矩陣結構為基礎，實(shí)際上也是一種基于Ｅ２ＰＲＯＭ的器件。ＥＭＰ ７１２８ＳＬＣ８４－１５有８４個(gè)引腳，其中５根用于ＩＳＰ（Ｉｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）下載，可方便地對其進(jìn)行在系統編程。此器件內集成了６０００門(mén)，其中典型可用門(mén)為２５００個(gè)，有１２８個(gè)邏輯單元，６０個(gè)可用Ｉ／Ｏ口，可單獨配置為輸入、輸出及雙向工作方式，２個(gè)全局時(shí)鐘及一個(gè)全局使能端和一個(gè)全局清除端。ＥＭＰ ７１２８ＳＬＣ８４－１５支持多電壓工作，其傳輸延時(shí)為７．５ｎｓ，最高工作頻率高達１２５ＭＨｚ，并支持多種編程方式，同時(shí)可利用Ａｌｔｅｒａ公司的第三代開(kāi)發(fā)軟件Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ方便地進(jìn)行仿真、綜合和下載。

２　系統工作原理

圖１所示是一個(gè)數字式相位測量?jì)x的系統工作示意圖。圖中，輸入的比較信號ｂ與參照信號ａ，經(jīng)參數相同的整形電路變換為正方波后，將兩個(gè)方波進(jìn)行異或（在ＣＰＬＤ中完成），同時(shí)與測得信號的頻率ｆ（由ＣＰＬＤ設計一頻率計完成）再異或，然后將得到的信號經(jīng)２ｆ倍頻，再將此信號作為閘門(mén)，并在其高電平時(shí)段利用高頻時(shí)鐘ｆｃ進(jìn)行計數，最后在下降沿時(shí)將計數值讀出并設為Ｎ，則相位為：

Ｐｈａｓｅ＝１８０ Ｎ／ｆｃ

該相位測量?jì)x表系統除整形電路外，其余均可由ＣＰＬＤ完成。計數所使用的晶振頻率為４ＭＨｚ時(shí)?此系統的分辨率為１８０／（４１０６）＝（４．５１０－５）。

３　基于ＣＰＬＤ的程序設計

設計系統軟件時(shí)?運用ＶＨＤＬ語(yǔ)言，可將系統分為頻率計、分頻器、相位計數器３個(gè)子模塊，現對其分別進(jìn)行描述：

(１)頻率計

ｌｉｂｒａｒｙ ｉｅｅｅ;

ｕｓｅ ｉｅｅｅ．ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_１１６４．ａｌｌ;

ｕｓｅ ｉｅｅｅ．ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｕｎｓｉｇｎｅｄ．ａｌｌ；

ｅｎｔｉｔｙ ｆｃｏｕｎｔｅｒ ｉｓ

ｐｏｒｔ(ｓｉｇ:ｉｎ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ; －－輸入信號

ｃｌｋ:ｉｎ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ; －－０．５Ｈｚ的閘門(mén)信號，可由晶振分頻得到

ｃｏｕｎｔｅｒ:ｏｕｔ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｖｅｃｔｏｒ(１９ ｄｏｗｎｔｏ ０));?

－－計數輸出

ｅｎｄ;

ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ｆｃｏｕｎｔｅｒ ｉｓ

ｓｉｇｎａｌ ｔｅｍｐ:ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｖｅｃｔｏｒ(１９ ｄｏｗｎｔｏ ０);

ｂｅｇｉｎ

Ｐ１:ｐｒｏｃｅｓｓ(ｓｉｇ)

ｂｅｇｉｎ

ｉｆ ｓｉｇ＇ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｓｉｇ＝‘１’ｔｈｅｎ

ｉｆ ｃｌｋ＝‘１’ ｔｈｅｎ

ｔｅｍｐ＜＝ｔｅｍｐ＋１; －－在閘門(mén)的高電平時(shí)段計數

ｅｌｓｅ

ｔｅｍｐ＜＝“００００００００００００００００００００”?　

－－在閘門(mén)的低電平時(shí)段清零

ｅｎｄ ｉｆ;

ｅｎｄ ｉｆ;

ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐ１;

Ｐ２?ｐｒｏｃｅｓｓ(ｃｌｋ)

ｂｅｇｉｎ

ｉｆ ｃｌｋ′ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｃｌｋ＝′０′ ｔｈｅｎ

ｃｏｕｎｔｅｒ＜＝ｔｅｍｐ;在閘門(mén)的下降沿將數據讀出

ｅｎｄ ｉｆ;

ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐ２;

ｅｎｄ;

由于閘門(mén)采用的是０．５Ｈｚ的方波，因此?輸出數值即為頻率值。

(２) 分頻模塊

通過(guò)此模塊可對頻率計得到的頻率進(jìn)行分頻，也可在異或后再分頻得到頻率為０．５Ｈｚ的矩形波。

ｌｉｂｒａｒｙ ｉｅｅｅ;

ｕｓｅ ｉｅｅｅ．ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_１１６４．ａｌｌ;

ｕｓｅ ｉｅｅｅ．ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｕｎｓｉｇｎｅｄ．ａｌｌ;

ｅｎｔｉｔｙ ｆｅｎ ｉｓ

ｐｏｒｔ(ｑｉｎ:ｉｎ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ ｖｅｃｔｏｒ(１９ ｄｏｗｎｔｏ ０);－－連接頻率計輸出的頻率值

ｑｏｕｔ:ｏｕｔ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ);

ｅｎｄ;

ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ｆｅｎ ｉｓ

ｓｉｇｎａｌ ｔｅｍｐ:ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｖｅｃｔｏｒ(１９ ｄｏｗｎｔｏ ０);

ｓｉｇｎａｌ ａ:ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ;

ｂｅｇｉｎ

ｐｒｏｃｅｓｓ(ｔｅｍｐ)

ｂｅｇｉｎ

ｉｆ ｔｅｍｐ＜ｑｉｎ ｔｈｅｎ

ｔｅｍｐ＜＝ｔｅｍｐ＋１;

ｅｌｓｅ

ｔｅｍｐ＜＝“００００００００００００００００００００”;

ａ＜＝ｎｏｔ ａ;

ｅｎｄ ｉｆ;

ｑｏｕｔ＜＝ａ; ?。M(jìn)行２ｆ倍分頻

ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ;

ｅｎｄ;

３?相位測量

該模塊將分頻模塊得到的信號作為閘門(mén)，然后利用外部晶振進(jìn)行計數，其設計原理與頻率計相同。由于相異或的一個(gè)周期對應輸入的兩路方波信號的半個(gè)周期（１８０），而且只能測量到最大１８０的相位差，因此?還須判斷超前或滯后，才能測量出大于１８０的相位差，具體程序如下：

ｌｉｂｒａｒｙ ｉｅｅｅ;

ｕｓｅ ｉｅｅｅ．ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_１１６４．ａｌｌ;

ｅｎｔｉｔｙ ｐｒｅ_ｌａｇ ｉｓ

ｐｏｒｔ(ｓ１,ｓ２:ｉｎ ｓｔｄ_ ｏｇｉｃ;　 －－兩輸入信號

ｐｒｅ:ｏｕｔ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ);　 －－判斷結果輸出

ｅｎｄ;

ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ｐｒｅ_ｌａｇ ｉｓ

ｂｅｇｉｎ

ｌａｇ:ｐｒｏｃｅｓｓ(ｓ１)

ｂｅｇｉｎ

ｉｆ ｓ１′ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｓ１＝′１′ ｔｈｅｎ

ｉｆ ｓ２＝′０′ｔｈｅｎ

ｐｒｅ＜＝′１′;?。簦螅背埃螅?輸出為

′１′，否則輸出′０′;

ｅｌｓｅ

ｐｒｅ＜＝′０′;

ｅｎｄ ｉｆ;

ｅｎｄ ｉｆ;

ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｌａｇ;

ｅｎｄ;

(４) 模塊的組合

圖3

在Ｍａｘ＋ＰｌｕｓＩＩ中，采用原理圖輸入方式可將上述各模塊組合成一個(gè)軟件系統，然后將其綜合下載到ＣＰＬＤ即可完成相位測量?jì)x的設計，其具體設計圖見(jiàn)圖３所示。

圖３中， Ａ、Ｂ為輸入信號ａ、ｂ經(jīng)過(guò)整形得到的方波信號。Ｆｃｏｕｎｔｅｒ為頻率計模塊，Ｆｅｎ為分頻器，Ｐｈａｓｅｃｏｕｎｔｅｒ為相位測量計數器，Ｐｒｅ－ｌａｇ為超前滯后判斷模塊。

４　結束語(yǔ)

基于ＣＰＬＤ邏輯器件 ＥＭＰ７１２８ＳＬＣ８４－１５構成的相位測量系統具有測量頻帶寬、分辨率高、誤差小、成本低、簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)，完全能夠滿(mǎn)足實(shí)際測量的要求。而且，由于完全采用的是ＣＰＬＤ設計，因此，該系統十分易于升級。