高密度在系统可编程逻辑器件在数字I/O电路中的应用
发布时间:2007/9/11 0:00:00 访问次数:665
摘 要： 介绍了在系统可编程（ISP）技术及ISP器件的特点。分析了变M／T转速测量电路的工作原理。并由高密度ISP器件设计了位置控制系统单片I/O电路。运行结果表明所设计的电路完全达到设计要求。
关键词 在系统可编程 高密度逻辑器件 变脉冲数／脉冲周期 数字I/O电路
在系统可编程（ISP）技术及其器件是90年代迅速发展起来的一种新技术与新器件。它使我们能在产品设计、制造过程中对产品中的器件、电路板乃至整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组。采用这种器件开发的数字系统，其升级与改进是极其方便的。由于采用先进的技术，就保证了这种器件具备10000次以上的擦写能力。
高密度ISP器件像任何其它器件一样可以在印刷电路板（PCB）上处理，因此编程这种器件不需要专门的编程器和复杂的流程。编程时仅需一根接口电缆，便可将命令和数据下载到ISP器件。采用传统的逻辑设计技术，一旦系统按要求设计完成后，若要升级，进行硬件修改，排除硬件故障，是很困难的和不经济的。然而，采用ISP器件进行设计，在设计、制造完成后，如果需要重新组态、升级，只需采用软盘升级方法，在现场就可重新组态逻辑。在设计、开发过程中，设计的验证是必不可少的，它可以使设计者及时发现问题，并加以修正，确保最终的设计无误。ISP器件在设计完成后可立即编程，进行软件仿真，以利于及早发现设计中的问题。这种软件仿真可以非常方便地检查设计的内部节点，而测试向量和输入激励都可通过软件编程实现。
用ISP器件取代传统的标准集成电路、接口电路、专用集成电路已成为数字技术发展的趋势。在构成数字系统时，这种器件具有下述特点：由于一片ISP器件的集成规模可达数千乃至数万个PLD等效门，可以代替数十个至数百个分立器件，因此能够大大缩小硬件系统的体积、减轻重量、降低功耗；还可以提高系统的可靠性，使之易于获得高性能、具有很强的保密性；同时也可降低系统成本。
1 I/O电路组成
1.1 变M／T转速测量法分析
由于光电式测速系统具有低惯量、低噪声、高分辨率和高精度的优点，因而常用于高精度交流伺服电机转速的测量。其工作原理是：与交流伺服电机同轴的光电编码器随电机的旋转，产生与转速成正比的两相（A相、B相）相隔π／２电脉冲角度的正交编码脉冲，经过四倍频电路细分后产生四倍频脉冲信号。脉冲计数电路对四倍频脉冲信号进行计数，再由数字信号处理器（DSP）对其采样，并将该采样值与固定频率的高频时钟脉冲的计数值进行比较、计算后便可得到被测交流伺服电机的瞬时转速。在测量转速时所用的变脉冲数／脉冲周期测速法（变M／T速法）是为了解决常用的M/T测速法所存在的检测时间过长、测速误差较大而提出的。变M/T测速法在测速过程中，不仅被测的脉冲信号频率fm随电机的转速不同而变化，而且检测时间T也是随电机的转速不同而变化，检测时间T将始终等于被测脉冲信号的Mp个脉冲周期之和，如图1所示。
由图可见，通过测量时间T和在此时间内计数器对被测脉冲信号的计数值Mp就可以确定电机的转速。检测时间Ｔ可由计数器对频率为fc的时钟脉冲所得的计数值Mc获得，即T=Mc／fc。设电机每转发出t个光电编码脉冲，四倍频后每转可得到4t个测速脉冲，则对应的转角为θ=2πMp／（4t）。由此可以得到变M/T法的转速测量值计算公式：n=60θ／（2πT）=60fcMp／（4tMc） （r／min）。常用的变M/T法的测量电路如图2所示。
其测量方法是：由R、C及门电路等分立器件构成的模拟微分式或积分式四倍频电路对光电编码器的Ａ相和Ｂ相正交编码脉冲信号进行四倍频细分。由两片通用计数器8253芯片、一片8255芯片、一片8259芯片及数个D触发器构成采样和计数电路，其中一片8253芯片用于计数测速脉冲，另一片用于计数时钟脉冲。采样定时器发出的采样信号，送至D触发器（1＃），使其输出置“1”，当四倍频脉冲的上升沿到达D触发器（2＃）时D触发器（2＃）置“1”，经R、C单稳电路后，一路送至8259芯片的IRO端，作为中断请求信号；另一路送D触发器（3＃）作为1＃、2＃计数器8253芯
摘 要： 介绍了在系统可编程（ISP）技术及ISP器件的特点。分析了变M／T转速测量电路的工作原理。并由高密度ISP器件设计了位置控制系统单片I/O电路。运行结果表明所设计的电路完全达到设计要求。
关键词 在系统可编程 高密度逻辑器件 变脉冲数／脉冲周期 数字I/O电路
在系统可编程（ISP）技术及其器件是90年代迅速发展起来的一种新技术与新器件。它使我们能在产品设计、制造过程中对产品中的器件、电路板乃至整个电子系统的逻辑和功能随时进行组态或重组。采用这种器件开发的数字系统，其升级与改进是极其方便的。由于采用先进的技术，就保证了这种器件具备10000次以上的擦写能力。
高密度ISP器件像任何其它器件一样可以在印刷电路板（PCB）上处理，因此编程这种器件不需要专门的编程器和复杂的流程。编程时仅需一根接口电缆，便可将命令和数据下载到ISP器件。采用传统的逻辑设计技术，一旦系统按要求设计完成后，若要升级，进行硬件修改，排除硬件故障，是很困难的和不经济的。然而，采用ISP器件进行设计，在设计、制造完成后，如果需要重新组态、升级，只需采用软盘升级方法，在现场就可重新组态逻辑。在设计、开发过程中，设计的验证是必不可少的，它可以使设计者及时发现问题，并加以修正，确保最终的设计无误。ISP器件在设计完成后可立即编程，进行软件仿真，以利于及早发现设计中的问题。这种软件仿真可以非常方便地检查设计的内部节点，而测试向量和输入激励都可通过软件编程实现。
用ISP器件取代传统的标准集成电路、接口电路、专用集成电路已成为数字技术发展的趋势。在构成数字系统时，这种器件具有下述特点：由于一片ISP器件的集成规模可达数千乃至数万个PLD等效门，可以代替数十个至数百个分立器件，因此能够大大缩小硬件系统的体积、减轻重量、降低功耗；还可以提高系统的可靠性，使之易于获得高性能、具有很强的保密性；同时也可降低系统成本。
1 I/O电路组成
1.1 变M／T转速测量法分析
由于光电式测速系统具有低惯量、低噪声、高分辨率和高精度的优点，因而常用于高精度交流伺服电机转速的测量。其工作原理是：与交流伺服电机同轴的光电编码器随电机的旋转，产生与转速成正比的两相（A相、B相）相隔π／２电脉冲角度的正交编码脉冲，经过四倍频电路细分后产生四倍频脉冲信号。脉冲计数电路对四倍频脉冲信号进行计数，再由数字信号处理器（DSP）对其采样，并将该采样值与固定频率的高频时钟脉冲的计数值进行比较、计算后便可得到被测交流伺服电机的瞬时转速。在测量转速时所用的变脉冲数／脉冲周期测速法（变M／T速法）是为了解决常用的M/T测速法所存在的检测时间过长、测速误差较大而提出的。变M/T测速法在测速过程中，不仅被测的脉冲信号频率fm随电机的转速不同而变化，而且检测时间T也是随电机的转速不同而变化，检测时间T将始终等于被测脉冲信号的Mp个脉冲周期之和，如图1所示。
由图可见，通过测量时间T和在此时间内计数器对被测脉冲信号的计数值Mp就可以确定电机的转速。检测时间Ｔ可由计数器对频率为fc的时钟脉冲所得的计数值Mc获得，即T=Mc／fc。设电机每转发出t个光电编码脉冲，四倍频后每转可得到4t个测速脉冲，则对应的转角为θ=2πMp／（4t）。由此可以得到变M/T法的转速测量值计算公式：n=60θ／（2πT）=60fcMp／（4tMc） （r／min）。常用的变M/T法的测量电路如图2所示。
其测量方法是：由R、C及门电路等分立器件构成的模拟微分式或积分式四倍频电路对光电编码器的Ａ相和Ｂ相正交编码脉冲信号进行四倍频细分。由两片通用计数器8253芯片、一片8255芯片、一片8259芯片及数个D触发器构成采样和计数电路，其中一片8253芯片用于计数测速脉冲，另一片用于计数时钟脉冲。采样定时器发出的采样信号，送至D触发器（1＃），使其输出置“1”，当四倍频脉冲的上升沿到达D触发器（2＃）时D触发器（2＃）置“1”，经R、C单稳电路后，一路送至8259芯片的IRO端，作为中断请求信号；另一路送D触发器（3＃）作为1＃、2＃计数器8253芯
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