基于單片機及FPGA的舞臺吊桿控制器的設計

　　2．2 單片機控制系統

　　單片機控制系統主要由C8051F020單片機組成，主要完成數據的接收與處理。C8051F020的特點(diǎn)是運算速度快、集成度高、引腳可配置、工作穩定和可靠性高。它完全能夠滿(mǎn)足舞臺吊桿控制器對存儲器容量、多種總線(xiàn)接口、處理速度和浮點(diǎn)運算等方面的要求。

　　C8051F020單片機有UART0和UART1兩個(gè)串口，其中，串口UART0與LCD顯示器連接，用于把舞臺吊桿運行時(shí)的位置數據送給LCD顯示器。單片機利用它的SMBUS接口連接帶有I2C總線(xiàn)接口的E2PROM（FM24C64鐵片存儲器），把現場(chǎng)數據存入存儲器，以備在掉電后得新上電時(shí)能夠讀出吊桿的當前位置，連續控制吊桿的運動(dòng)；同時(shí)利用它的普通I/O口與網(wǎng)卡芯片RTL8019和FPGA控制器相連，實(shí)現數據的收發(fā)。

　　2．3 FPGA控制器的設計

　　FPGA控制器是利用EDA方法實(shí)現的，主要用 于對霍爾傳感器過(guò)來(lái)的脈沖進(jìn)行計數并控制電機。由于吊桿運動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的脈沖頻率高，FPGA控制器計數量大，所以本設計選擇了高容量、高性能的可編程邏輯器件，即ALTERA公司的FLEX 10K系列FPGA。

　　2．3．1 FPGA控制器的模塊劃分

　　根據系統功能要墳，FPGA控制器的頂層模塊被劃分為以下四個(gè)模塊：兩個(gè)5-32譯碼器、八路與門(mén)模塊、八路16位可逆并行計數模塊、電機控制模塊，如圖3所示。

　　兩個(gè)5-32譯碼器模塊的功能是提供與單片機的接口，實(shí)現可編程接口邏輯。八路計數模塊（COUNTER8_FILE_LAST模塊）包括八個(gè)單路計數模塊、數據轉換模塊等，其功能是對霍爾傳感器過(guò)來(lái)的八路脈沖信號進(jìn)行可逆計數并完成16位數據與8位數據之間的轉換。由于C8051F020單片機的數據長(cháng)度是8位，而計數模塊完成的是16位墳數，所以必須進(jìn)行數據位數的轉換。

　　2．3．2 FPGA模塊的功能仿真

　　FPGA控制器是用ALTERA公司的FLEX10K10芯片，在MAX+PLUSII軟件中進(jìn)行設計綜合的。根據上述的模塊劃分，在MAX+PLUSII中的仿真波形圖如圖4所示。