基于NiosII的多通道PWM信號測量/產(chǎn)生器節點(diǎn)設計

　　具體實(shí)現的流程如下：

　　·根據具體需要依次配置每個(gè)通道為PWM測量或者產(chǎn)生通道，由PWM配置控制器實(shí)現，該控制器與NiosII處理器的PWM控制器相連。

　　·使用一個(gè)基準地址計數器給出的循環(huán)地址信號對所有的RAM讀寫(xiě)進(jìn)行同步，該基準地址計數器給出不同延遲周期的地址計數，以修正RAM讀取產(chǎn)生的延時(shí)。

　　·PWM產(chǎn)生：將高/低電平周期數寫(xiě)入預置高/低電平計數器，計數器自加器按基準地址計數器給出的修正延遲的地址讀出計數并+1后重新寫(xiě)入計數器RAM；比較器按基準地址計數器給出的修正延遲地址計數讀出預置高/低電平周期數進(jìn)行比較決定輸出的是高/低電平。

　　這種方法得到頻率為：

　　其中為該模塊的時(shí)鐘頻率，為預置數計數器，采用循環(huán)方式時(shí)一個(gè)周期的時(shí)間為通道數與預置數和之積；本節點(diǎn)中，因此，滿(mǎn)足測速測距模塊0~10KHz的設計需要；若需要更高頻率，可以提高fCLK或者進(jìn)行通道分組，以降低每組的Nch，占空比的精度與頻率有關(guān)，頻率越低，可調精度越高。

　　·PWM測量：是PWM產(chǎn)生的逆過(guò)程，測量的精度與產(chǎn)生的PWM信號的精度相同。每隔一個(gè)脈沖更新一次測得的周期和占空比值，因此可用于周期快速變化PWM信號的測量。

　　·死區控制器：僅僅對應于PWM產(chǎn)生部分，該模塊輸出的PWM信號初始間隔為1個(gè)TCLK，根據具體的需要配置相應的延時(shí)即可。

節點(diǎn)軟件設計

　　上位機通過(guò)RS-485發(fā)送命令包來(lái)控制智能節點(diǎn)的動(dòng)作，該命令包順序由8bit標識碼，8bit包長(cháng)度，16bit目標節點(diǎn)號，16bit包編號，命令區和16bit CRC16校驗碼組成，NiosII處理器負責解包，校驗CRC碼是否正確，并且根據命令動(dòng)作PWM控制器。當需要讀取PWM周期和占空比測量值時(shí)，NiosII處理器還需要把從高/低電平計數保存器RAM讀出的值組包發(fā)送給上位機。

　　NiosII處理器采用中斷方式接受通過(guò)RS-485總線(xiàn)發(fā)來(lái)的命令包，中斷處理通過(guò)狀態(tài)機的方式處理每一個(gè)接收到的字節，具體功能描述如下：

　　·檢查標識碼，檢查是否為智能PWM節點(diǎn)類(lèi)型的命令包，啟動(dòng)狀態(tài)機，并打開(kāi)定時(shí)器，防止當命令包不完整時(shí)接受狀態(tài)機無(wú)法回到初始狀態(tài)；

　　·讀取包長(cháng)度信息，檢查是否目標為本節點(diǎn)，是則記錄包編號；

　　·如果標識碼不是智能PWM節點(diǎn)類(lèi)型的命令包則不對命令進(jìn)行處理，是則將命令放入緩沖中待處理；

　　·檢查CRC校驗碼是否正確，如正確，則將緩沖中的命令寫(xiě)入命令隊列；如果不正確，則將錯誤信息寫(xiě)入待發(fā)送信息隊列。

　　命令包括配置某位為PWM測量/產(chǎn)生，配置某位的預置數計數器，讀取某位的計數保存器三類(lèi)。

　　主循環(huán)中完成的工作是：

　　·檢查命令隊列中是否有未處理的命令并處理；

　　·檢查待發(fā)送信息隊列長(cháng)度是否達到預定值，是則啟動(dòng)一次發(fā)送，將待發(fā)送信息打包發(fā)送給上位機。

實(shí)驗結果

　　使用ModelSim進(jìn)行仿真，配置使用了10通道作為PWM信號輸出，隨機賦值了給每個(gè)通道不同的周期和占空比，得到的仿真結果如圖4所示。

圖4 智能PWM信號產(chǎn)生器仿真結果圖

　　將這10個(gè)通道與另外配置為PWM信號測量的10個(gè)通道相連接，進(jìn)行周期和占空比測量，得到的高低電平周期測量結果與實(shí)際值誤差限為，由此導致的頻率誤差為：

當取f=10KHz時(shí)，Δf≈200Hz；取f=1KHz時(shí)，Δf≈2Hz，頻率越低，測量精度越高。

結語(yǔ)

　　針對于列車(chē)控制系統半實(shí)物仿真平臺測速測距模塊的多通道PWM信號測量/產(chǎn)生的要求，本文提出了一種利用NiosII軟核處理器替代通訊用MCU的智能多通道PWM信號測量/產(chǎn)生器的設計方案，給出了利用FPGA實(shí)現多通道PWM信號測量/產(chǎn)生器模塊的方法，并且編寫(xiě)了NiosII處理器的通訊控制軟件。

　　本設計將應用在北京全路通通信信號研究設計院列控實(shí)驗室的實(shí)物測控接口平臺中，連接測速測距模塊，將仿真端與實(shí)物端相連。除此之外，本設計還可應用在多電機控制等領(lǐng)域。

參考文獻：

1.  徐光輝、程東旭、黃如等，基于FPGA的嵌入式開(kāi)發(fā)與應用，電子工業(yè)出版社, 2006.
2.  李旭、謝運祥，PWM技術(shù)實(shí)現方法綜述，電源技術(shù)應用，2005，02:40～43