一種采用PCI軟核的軸角數據采集系統

　　0引言

　　在工業(yè)控制伺服設備中，實(shí)現角度位置量的高精度實(shí)時(shí)測量和控制是關(guān)鍵性的技術(shù)。軸角轉換模塊是一種角度量/數字轉換器，其功能是將旋轉變壓器及自整角機的模擬信號轉換為數字信號，與普通的A/D編碼相比，軸角編碼采用正、余信號進(jìn)行編碼，抗干擾能力強及轉換速度快。隨著(zhù)FPGA技術(shù)的發(fā)展，在FPGA上能夠實(shí)現PCI接口。存貯器及邏輯控制功能。由于FPGA具有靈活的可編程性的優(yōu)點(diǎn)，PCI接口可以依據插卡功能進(jìn)行最優(yōu)化，而不必實(shí)現所有的PCI功能，這樣可以節約系統的邏輯資源，實(shí)現緊湊的系統設計。本文介紹采用軸角轉換器及Altera公司的FPGA器件實(shí)現角度量高速采集的PCI接口板的方法。

　　1系統硬件設計

　　軸角數據采集卡主要由軸角轉換器件（RDC轉換器）。FPGA器件EPF10K30組成。其功能框圖如圖1所示，輸入的旋轉變壓器的正弦。余弦信號經(jīng) RDC轉換器轉換為數字量，輸出精度為14位；FPGA實(shí)現PCI總線(xiàn)接口功能以及控制邏輯功能，內部主要由PCI_MT32宏單元及FIFO存貯器組成。

　　RDC轉換器實(shí)現旋轉變壓器信號到數字的轉換，其工作原理是旋轉變壓器輸出的正。余弦信號幅度調制信號，角度量信息包含在正弦波的幅度里，并定義：

　　式中VX（t）和VY（t）代表正弦。余弦信號，其振幅分別為KX Eo cosθ和KY Eo sinθ。在振幅表達式中，只有sinθ和cosθ變化；基準振幅Eo和增益因數KX ，KY都是常數。

　　在交流信號中，正。余弦信號幅度之比載送角度量信息，即式（1）與式（2）之比：

　　由式（3）中的正切函數tanθ得到角度量。在RDC轉換器中，采用連續跟蹤式轉換方式，其轉換時(shí)序如圖2所示，其中“BUSY”是轉換器“忙”信號，“DATA”是數據信號。當“BUSY”信號為高電平時(shí)，轉換器處于跟蹤轉換狀態(tài)，數據信號“DATA”處于不穩定的變化狀態(tài)；當“BUSY”信號為低電平時(shí)，表示轉換結束，數據信號“DATA”處于穩定狀態(tài)，可以進(jìn)行讀取操作。為了實(shí)現對角度量的連續采集，根據轉換器的時(shí)序關(guān)系，用FPGA設計一個(gè) FIFO存貯器，用忙信號的下降沿觸發(fā)保存數據。EPF10K30片內帶有12 288位的存貯單元，可以由用戶(hù)設計成ROM.RAM或FIFO型存貯器。利用參數化雙時(shí)鐘FIFO宏單元LPM_FIFO_DC，設計數據寬度（LPM_WIDTH）為14位，存貯數據量（LPM_NUM-WORDS）為64的雙時(shí)鐘FIFO存貯器，由于數據的讀。寫(xiě)由時(shí)鐘的上升沿控制，所以轉換器的忙信號經(jīng)反向后作為寫(xiě)入時(shí)鐘信號（wrclock），讀時(shí)鐘（rdclock）。讀。寫(xiě)請求信號及清除信號，由計算機通過(guò)PCI接口控制。

　　2 PCI接口設計

　　PCI接口采用Altera公司的Megacore宏單元PCI_MT32實(shí)現。PCI_MT32是一個(gè)32位主。從方式的PCI接口功能模塊，支持33 MHz和66 MHz的總線(xiàn)時(shí)鐘。

　　PCI_MT32的功能框圖如圖3所示，由兩部分功能組成，一部分與PCI總線(xiàn)相連接，包括PCI Address/DataBuffer（地址數據總線(xiàn)）以及PCI Target Control（PCI從方式）控制信號，這些信號的功能與PCI總線(xiàn)的接口協(xié)議的規范相同，另一部分與局部總線(xiàn)相連接，包括LocalTarget Address/Data/Command/Byte Enable寄存器。LocalTarget Control寄存器，用于傳送地址。數據和控制信號。配置寄存器（Configuration registers）可以進(jìn)行deciceID.vendor ID等參數的配置。